Объяснение электрических явлений реферат
Обновлено: 06.07.2024
Электричество – совокупность явлений, обусловленных существованием, движением и взаимодействием электрически зараженных тел или частиц, Взаимодействие электрических зарядов осуществляется с помощью электромагнитного поля ( в случае неподвижных электрических зарядов – электростатические поля). Движущиеся заряды (электрический ток) наряду с электрическим возбуждают и магнитное поле, т.е. порождают электромагнитное поле, посредством которого осуществляется электромагнитное взаимодействие(учение о магнетизме, т.о., является составной частью общего учения об электричестве). Электромагнитные явления описываются классической электродинамикой, в основе которой лежат уравнения Максвелла.
Законы классической теории электричества охватывают огромную совокупность электромагнитных процессов. Среди 4 типов взаимодействий ( электромагнитных, гравитационных, сильных и слабых), существовавших в природе, электромагнитные занимают первое место по широте и разнообразию проявлений. Это связано с тем, что все тела построены из электрически заряженных частиц противоположенных знаков, взаимодействие между которыми, с одной стороны, на много порядков интенсивнее гравитационных и слабых, а с другой – являются дальнодействующими в отличии от сильных взаимодействий, Строение атомных оболочек, сцепление атомов в молекулы (хим. Силы) и образование конденсированного вещества определяются электромагнитным взаимодействием.
Цель Реферата в том, чтобы показать , что человечество не мыслит своё существование на Земле без электричества.
Историческая справка . Простейшие электрические и магнитные явления известны ещё с глубокой древности. Были найдены минералы, притягивающие кусочки железа, а также обнаружено, что янтарь( от греческого электрон, отсюда термин электричества), потертый о шерсть, притягивает легкие предметы (электризация трением). Однако лишь в 1600 У. Гильберт впервые установил различия между электрическими и магнитными явлениями, Он открыл существование магнитных полюсов и неотделимость их друг от друга, а также установил, что земной шар – гигантский магнит.
В 17 – 1-й пол. 18 вв. проводились многочисленные опыты с наэлектризованными телами, были построены первые электростатические машины, основанные на электризации тернием, установлено существование электрических зарядов двух родов (Ш. Дюфе), обнаружена электропроводность металлов (англ. Ученый С. Грей). С изобретением первого конденсатора – лейденские банки (1745) – появилась возможность накапливать большие электрические заряды. В 1747-53 Б. Франклин изложил первую последовательную теорию электрических явлений, окончательно установил электрическую природу молнии и изобрел молниеотвод.
Во 2-й пол. 18 в. Началось количественное изучение электрических и магнитных явлений, Появились первые измерительные приборы – электроскопы различных конструкций, электрометры. Г. Кавендиш (1773) и Ш. Кулон (1785) экспериментально установили закон взаимодействия неподвижных точечных электрических зарядов ( работы Кавендиша были опубликованы лишь в 1879). Этот основой закон электростатики (Кулона закон) впервые позволил создать метод измерение электрических зарядов по силам взаимодействия между ними, Кулон установил также закон взаимодействия между полюсами длинных магнитов и ввёл понятие о магнитных зарядах, сосредоточенных на концах магнитов.
Наиболее фундаментальное открытие было сделано Х. Эрстедом в 1820; он обнаружил действие электрического тока на магнитную стрелку – явление, свидетельствовавшее о связи между электричеством и магнетизмом. Вслед за этим в том же году А. М. Ампер установил закон взаимодействия электрических токов(закон Ампера) Он показал также, что свойства постоянных магнитов могут быть объяснены на основе предположения о том, что в молекулах намагниченных тел циркулируют постоянные электрические токи(молекулярные токи). Т. О., согласно Амперу, все магнитные явления сводятся к взаимодействиям токов, магнитных же зарядов не существует. Со времени открытий Эрстеда и Ампера учение о магнетизме сделалось составной частью учений об электричестве
Со 2-й четв. 19 в. Началось быстрое проникновение электричества в технику. В 20-х гг. появились первые электромагниты. Одним из первых применений электричества был телеграфный аппарат, в 30 - 40-х гг. построены электродвигатели и генераторы тока, а в 40-х гг. – электрические осветительные устройства и т. д. Практическое применения электричества в дальнейшем всё более возрастало, что в свою очередь оказало существенное влияние на учение об электричестве.
В 30 – 40-х гг. 19 в. В развитие науки об электричестве внёс большой вклад М.
Фарадей впервые ввёл представление об электрических и магнитных полях. Он отрицал концепцию дальнодействия, сторонники которой считали, что тела непосредственно (через пустоту) на расстояние действуют друг на друга. Согласно идеям Фарадея, взаимодействия между зарядами и токами осуществляется посредством промежуточных агентов: заряды и токи создают в окружающем пространстве электрические или магнитные поля, с помощью которых взаимодействие передается от точки к точке (концепция близкодействия). В основе его представлений об электрических и магнитных полях лежало понятие силовых линий, которые он рассматривал, как механические образования в гипотетической среде – эфире, подобные растянутым упругим нитям или шнурам.
Идеи Фарадея о реальности электромагнитного поля не сразу получили признание, Первая математическая формулировка законов электромагнитной индукции была дана Ф Нейманом в 1845 на языке концепции дальнодействия. Им же были введены важные понятия коэффициентов само- и взаимодукции токов. Значение этих понятий полностью раскрылось позднее, когда У. Томсон ( лорд Кельвин) развил (1853) теории электрических колебаний в контуре, состоящем из конденсатора (электроёмкость) и катушки (индуктивность.
Большое значения для развития учения об электричестве имело создание новых приборов и методов электрических измерений, а также единая система электрических и магнитных единиц измерений,, созданная Гауссом и В. Вебером (система единиц гаусса). В 1846 Вебер указал на связь силы тока с плотностью электрических зарядов в проводнике и скоростью их упорядочного перемещения. Он установил также закон взаимодействия движущихся точечных зарядов, который содержал новую универсальную электродинамическую постоянную, представляющею собой отношение электростатических и электромагнитных единиц заряда и имеющею размерность скорости. При экспериментальном определении ( Вебер и Ф. Кольрауш, 1856) этой постоянной было получено значение, близкое к скорости света; это явилось определенным указанием на связь электромагнитных явлений с оптическими.
В 1861 – 73 учение об электричестве получило своё развитие и завершение в работах Дж. К. Максвелла. Опираясь на эмпирические законы электромагнитных явлений ,и введя гипотезу о порождение магнитного поля переменным электрическим полем, Максвелл сформулировал фундаментальные уравнения классической электродинамики, названные его именем. При этом он, подобно Фарадею, рассматривал электромагнитные явления как некоторую форму механических процессов в эфире. Главное новое следствие, вытекающее из этих уравнений,- существование электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света. Уравнения Максвелла легли в основу электромагнитной теории света. Решающее подтверждение теория Максвелла нашла в 1886-89, когда Г. Герц экспериментально установил существование электромагнитных волн. После его открытия были предприняты попытки установить связь с помощью электромагнитных волн, завершившиеся созданием радио, и начались интенсивные исследования в области радиотехники.
В конце 19- начале 20 вв. начался новый этап в развитии теории электричества. Исследования электрических разрядов увенчались открытием Дж. Дж. Томсоном дискретности электрических зарядов. В 1897 он измерил отношение заряда электрона к его массе, а в 1898 определил абсолютную величину заряда электрона. Х. Лоренц, опираясь на открытия Томсона и выводы молекулярнокинетической теории, заложил основы электронной теории строения вещества ( уравнения Лоренца –Максвелла). В классической электронной теории вещество рассматривается как совокупность электрических заряженных частиц, движение которых подчинено законом классической механике. Уравнение Максвелла получаются из уравнений электронной теории статическим усреднением.
Попытки применение законов классической электродинамики к исследованию электромагнитных процессов в движущихся средах натолкнулись на существенные трудности. Стремясь разрешить их, А. Эйнштейн пришел (1905) к теории относительности. Эта теория окончательно опровергла идею существования эфира, наделённого механическими свойствами. После создания теории относительности стало очевидно, что законы электродинамики не могут быть сведены к законам классической механики.
На малых пространственно-временных интервалах становятся существенными квантовые свойства электромагнитного поля, не учитываемые классической теорией электричества. Квантовая теория электромагнитных процессов – квантовая электродинамика – была создана во 2-й четв. 20 века. Квантовая теория вещества и поля уже выходит за пределы учения об электричестве, изучает более фундаментальные проблемы, касающиеся законов движения элементарных частиц и их строения.
С открытием новых фактов и создание новых теорий значение классического учения об электричестве не уменьшилось, были определены лишь границы применимости классической электродинамики. В этих пределах уравнения Максвелла и классическая электронная теория сохраняют силу, являясь фундаментом современной теории электричества. Классическая электродинамика составляет основу большинства разделов электротехники, радиотехники, электроники и оптики (исключение составляет квантовая электроника). С помощью её уравнений было решено огромное число задач теоретического и прикладного характера. В частности, многочисленные проблемы поведения плазмы в лабораторных условиях и в космосе решаются с помощью уравнений Максвелла.
В прошлых уроках мы рассмотрели электрические явления, где одним телам передавался заряд от других, как взаимодействовали друг с другом наэлектризованные тела. Также вы уже обладаете знаниями о строении атомов и существовании электрического поля.
Используя эти знания, в данном уроке мы более глубоко рассмотрим физику электрических явлений и объясним, что же в них происходит.
Электрическая нейтральность
Все тела состоят из атомов. Атомы же состоят из протонов, нейтронов и электронов. При этом большое значение для нас имеет число протонов и электронов в атоме, ведь они определяют его заряд. Протоны имеют положительный заряд, а электроны — отрицательный. При этом заряд одного протона численно равен заряду одного электрона.
В обычных условиях, число электронов в атоме равно числу протонов. В таком случае положительный заряд всех протонов компенсируется отрицательным зарядом всех электронов. Суммарно выходит, что такой атом будет не иметь никакого заряда — будет электрически нейтральным.
Электрически нейтральное тело — это тело, в котором сумма всех отрицательных зарядов равна по абсолютному значению сумме всех положительных зарядов, и оно в целом не имеет заряда.
Положительно и отрицательно заряженные тела
Но некоторые тела имеют некоторый электрический заряд. В чем же суть, если изначально все атомы электрически нейтральны?
Электрически нейтральное тело получит отрицательный заряд, если получит дополнительные электроны от какого-нибудь другого тела. Тогда количество электронов в нем станет больше количества протонов.
Тело заряжено отрицательно в том случае, если оно обладает избыточным, по сравнению с нормальным, числом электронов.
Соответственно, если нейтральное тело, наоборот, теряет электроны и количество протонов в нем становится больше количества электронов, то оно обретает положительный заряд.
Тело обладает положительным зарядом, если у него недостаточно электронов.
Получается, что тела электризуются (получают электрический заряд), если они теряют или получают электроны.
Обратите внимание, что электризация происходит за счет изменения числа электронов, а не протонов. Протоны и нейтроны связаны сильнейшими взаимодействиями в ядре. Изменение числа протонов приводит к образованию атома нового химического элемента.
Потеря и приобретение веществами дополнительных электронов
Рассмотрим еще раз опыт с электризацией палочек о шелк и мех (рисунок 1).
Потерев стеклянную палочку о шелк, палочка обретает положительный заряд (рисунок 1, а). Значит, она теряет электроны.
Куда они деваются? Дело в том, что при трении электроны переходят со стеклянной палочки на шелк. В итоге, шелк обладает избыточным количеством электронов. Он обретает отрицательный заряд.
Теперь возьмем изначально нейтральную эбонитовую палочку и потрем ее о мех (рисунок 1, б). Она получит отрицательный заряд, а мех — положительный.
Объясняется это так же тем, что в ходе трения электроны переходят с меха на палочку. В итоге, на эбонитовой палочке образуется избыток электронов, а на мехе — их недостаток.
Почему при трении электроны переходят со стеклянной палочки на шелк и с меха на эбонитовую палочку, а не наоборот? Дело в том, что при взаимодействии двух тел из разных веществ электроны теряет то вещество, в котором силы притяжения электронов к ядру атомов меньше. Они переходят к тому веществу, в котором эти силы больше.
Закон сохранения электрического заряда
Если мы количественно определим заряды, которые в предыдущих опытах обретают мех и эбонитовая палочка (или шелк и стеклянная палочка), то увидим, что они равны.
Это логично, ведь сколько электронов ушло с меха, столько и получила эбонитовая палочка. Получается, что заряд не создается из ничего. Он был и изначально (просто суммарно в атоме был равен нулю), а после трения — разделился другим образом между телами.
Другие эксперименты только подтверждают этот факт. Так, при электризации тел выполняется закон сохранения электрического заряда.
Закон сохранения электрического заряда:
алгебраическая сумма электрических зарядов остается постоянной при любых взаимодействиях в замкнутой системе:
$q_1 + q_2 + q_3 + … + q_n = const$,
где $q$ — электрический заряд.
Обратите внимание! Этот закон выполняется только в замкнутой системе. Что это означает?
Замкнутая система — это такая система, в которую не входят извне и не выходят наружу никакие электрические заряды.
Свободные электроны
А какие именно электроны теряют вещества?
Снова вернемся к строению атома. В различных атомах электроны находятся на разных расстояниях от ядра. Взгляните, например на атом лития (рисунок 2).
Электроны, которые дальше находятся от ядра, слабее притягиваются к нему. Те, что находятся ближе к ядру, притягиваются сильнее. Особенно слабо удерживаются удаленные электроны в металлах.
Получается, что в металлах происходит следующее:
наиболее удаленные от ядра электроны могут покидать свое место и свободно двигаться между атомами этого вещества.
Такие электроны называют свободными. Зафиксируем это новое определение.
Свободные электроны — это электроны, которые покинули свое место в атоме, и свободно перемещаются между другими атомами вещества.
Ранее вы уже слышали о делении веществ на проводники и непроводники (диэлектрики). А сейчас мы докопались до их сути. Их природу определяет наличие или отсутствие именно свободных электронов. В проводниках они есть, а в диэлектриках — нет. Подробнее об этом мы поговорим в следующем уроке.
Передача электрического заряда
Проверим вышесказанное о проводниках. Если в них есть свободные электроны, то они могут переносить (передавать) электрических заряд.
Проведем опыт. Возьмем два электроскопа. Одних из них оставим незаряженным, а второй зарядим отрицательно. Соединим их с помощью металлического стержня (рисунок 3). Он будет являться проводником.
Мы увидим, что второй электроскоп тоже зарядился отрицательно.
Давайте объясним, как это произошло. В стержне есть свободные электроны. Когда мы соединяем его с электроскопами, они оказываются в электрическом поле заряженного электроскопа.
В итоге, эти свободные электроны придут в движение. Они направляются в сторону незаряженного электроскопа. Почему в его сторону? Заряженный электроскоп имеет отрицательный заряд и электроны тоже. Они отталкиваются и двигаются от него в единственное противоположное направление — в сторону незаряженного электроскопа. В результате и этот электроскоп обретает отрицательный заряд.
Притяжение наэлектризованных тел к ненаэлектризованным
Объясним еще одно электрическое явление. Мы говорили о том, что электрическое поле действует только на тела, которые имеют заряд. Но, если мы поднесем заряженную стеклянную палочку к изначально нейтральной гильзе из металлической фольги, то она будет притягиваться. Почему?
Рассмотрим это явление поэтапно (рисунок 3).
Гильза сделана из металла. Это означает, что в ней есть свободные электроны. Как только гильза окажется в электрическом поле палочки, на эти электроны будет действовать электрическая сила. Они придут в движение.
Наша палочка заряжена положительно. Свободные электроны гильзы перейдут на тот ее конец, который ближе к палочке (рисунок 3, а). Теперь этот конец гильзы заряжен отрицательно.
Соответственно, на другом конце гильзы образуется недостаток электронов. Другая сторона окажется заряжена положительно.
Рисунок 3. Передача электрического заряда от положительно заряженной стеклянной палочки незаряженной металлической гильзе
Отрицательно заряженный край гильзы притянется к положительно заряженной палочке (разноименные заряды притягиваются). Гильза коснется палочки. При этом часть свободных электронов перейдет с нее на палочку (рисунок 3, б).
Потеряв электроны, гильза оказывается положительно заряженной (рисунок 3, в).
Деление электрического заряда между телами
Посмотрим, как разделяется электрический заряд между двумя телами.
Проделаем простой опыт. Снова возьмем два одинаковых электроскопа. Один из них зарядим. Соединим их металлическим стержнем (рисунок 4).
После их соединения, мы увидим, что второй электроскоп зарядился. Половина заряда перешла на второй электроскоп. Первоначальный заряд поделился на две равные части.
Но что будет с зарядом, если электроскопы будут неодинаковые? Например, шар незаряженного электроскопа будет больше, чем шар первого.
Опыты показывают, что в таком случае на шар незаряженного электроскопа перейдет больше, чем половина заряда.
Чем больше тело, которому передают заряд, тем большая часть заряда на него перейдет.
Слышали о заземлении? Оно основано как раз на вышесказанном факте. Соединив заряженное тело с землей, почти весь его заряд передается земному шару. Происходит это потому, что Земля очень велика по сравнению с другими телами, находящимися на ней. Так заземленное тело практически становится электрически нейтральным.
Упражнения
Упражнение №1
Почему можно наэлектризовать трением эбонитовую палочку, держа ее в руке, а металлический стержень нельзя?
Эбонит считается диэлектриком, электроны притягиваются к ядрам атомов с большой силой. Получив избыточные электроны при электризации, эбонит удерживает и их.
Металлический стержень — проводник. Даже если он получит дополнительные электроны, часть их будет спокойно перемещаться и перейдет на наше тело.
Упражнение №2
При наливании бензина корпус бензовоза при помощи металлического проводника обязательно соединяют с землей. Зачем это делают?
Дело в том, что на металлическом корпусе бензовоза может скапливаться определенный заряд (статическое электричество). Он может спровоцировать появление искры, что крайне взрывоопасно в сочетании с бензином и его парами.
Соединяя корпус бензовоза с землей, его заземляют. Заряд с корпуса уходит в землю и становится электрически нейтральным, появление искры невозможно.
Упражнение №3
Пластмассовая линейка, потертая шерстяной тканью, получила отрицательный заряд. Избыток или недостаток электронов образовался на ткани?
Если линейка получила дополнительные электроны, значит, по закону сохранения заряда, эти электроны потеряла ткань. Т.е., при электризации линейки электроны с ткани перешли на нее. Получается, что на ткани образовался недостаток электронов. Ткань обрела положительный заряд.
Однажды, снимая одежду из синтетического материала, можно удивиться легкому потрескиванию, а если все происходит в темноте, то будут видны еще и мелкие искорки. Или другое: после расчесывания к пластмассовому гребешку притягиваются мелкие соринки, крошки, бумажки. Почему так бывает? Ответ – в следующем уроке.
План урока:
Электризация тел. Два рода электрических зарядов
Янтарная смола
Давно превратилась в легенду история открытия способности янтаря после трения о что-нибудь притягивать к себе другие тела. Вот о чем она говорит:
Природу этих явлений удалось объяснить только во второй половине двадцатого века, а сами явления, названные в честь янтаря электрическими, уже давно служили человеку. Электрических явлений очень много. Среди них, электризация – получение телом способности к притяжению после трения, касания или влияния.
Электризация наблюдается не только у двух твердых тел. Это происходит, когда жидкость течет по металлу или разбрызгивается на множество капель при ударе о твердое тело.
Зафиксированы случаи, когда в темное ночное время были не только слышны, но и видны сходящие снежные лавины. Их движение сопровождалось зеленоватым свечением.
Н. Тенсинг, покоритель Гималаев, наблюдал интересное явление, происходящее с его палатками. Они были вставлены друг в друга для сохранения тепла. Во время сильного сухого ветра пространство между палатками заполнялось мелкими искрами. Происходила электризация обледеневших палаток.
Тела, испытавшие на себе электризацию, называются наэлектризованными.
Такие тела могут повлиять на состояние других тел таким образом, что те тоже становятся наэлектризованными.
Объясняется это передачей электрического заряда от наэлектризованного тела нейтральному. Заряд характеризует величину наэлектризованности тел.
Зарядов существует два вида: отрицательные и положительные. Это деление условное. За положительный принято считать заряд, полученный при натирании шелком стеклянного тела. Тот заряд, который получает эбонитовая палочка, потертая о шерсть или мех, получил статус отрицательного заряда. Некоторые тела электризуются, как стекло, и приобретают положительные заряды. Другие, как эбонит, при электризации получают отрицательные заряды.
Наэлектризованные тела или заряды влияют друг на друга. Заряды одного знака отталкиваются, а разных знаков – притягиваются.
Электроскоп и электрометр – это одно и то же?
Внешний вид приборов тоже имеет отличия.
Электроскоп
Электроскоп состоит из металлического корпуса, внутри которого металлический стержень. Сверху стержень выходит наружу. К нему можно прикрепить полый шар или плоскую пластину. Внизу к стержню прикреплены два тонких бумажных или металлических лепестка.
Если коснуться стержня заряженным телом, лепестки разойдутся в разные стороны.
Это происходит следующим образом. Металлы являются проводниками электрического заряда. Когда заряженное тело касается металлического стержня, заряд по нему проходит до лепестков. Но ведь этот заряд одного знака, значит, оба лепестка заряжаются одинаково, и происходит отталкивание.
Электрометры
Электрометр также имеет металлический корпус, металлический стержень, но в отличие от электроскопа на нижнем конце стержня нет лепестков. К средней части стержня крепится стрелка, а к корпусу небольшая шкала.
Электрометр может показать не только наличие заряда. Он выполняет несложные измерения.
Получается, что электроскоп и электрометр немного отличаются по своей конструкции и назначению.
Передача (проведение) электричества
Все ли вещества могут одинаково передавать электрический заряд? Ответ можно получить с помощью двух электрометров, металлического стержня и эбонитовой палочки. Стержень и палочка крепятся к пластмассовой ручке.
- а – сообщить первому электрометру заряд, коснувшись шарика каким-либо заряженным телом;
- б – стержнем из металла соединить оба электрометра. Половина заряда с первого электрометра перейдет на второй;
- в – соединить электрометры эбонитовой палочкой. Перехода заряда не наблюдается.
Вещества, способные проводить электрические заряды, как в случае под буквой б, называются проводниками (металлы, кислотные, щелочные и солевые растворы). Вещества, с помощью которых нельзя передать заряды, называются диэлектриками (изоляторами). Хорошие диэлектрики – это резина, стекло, эбонит, фарфор, пластмассы, воздух и др.
Делимость электрического заряда. Электрон
В эксперименте с электрометрами металлическим стержнем часть заряда переносится от одного электрометра на другой. Из опыта видно, что заряд делится. Если коснуться стержня второго электрометра рукой, то заряд с него снимется, и распределится по всему телу (человеческое тело является хорошим проводником электричества). Если снова соединить приборы стержнем из металла, оставшийся заряд опять разделится. При повторении тех же шагов заряд каждый раз будет делиться. Кажется, что этот процесс будет происходить до бесконечности.
Заряды постепенно настолько уменьшаются, что электрометр уже не в состоянии их измерить. Уже очень точные опыты показали, что делить заряд до бесконечности нельзя, существует наименьший электрический заряд, который поделить уже нельзя. Называют его элементарным зарядом с абсолютной величиной e. Заряды измеряют в кулонах (Кл) в честь Шарля Кулона, французского физика.
Электрическое поле
Механически действовать друг на друга тела могут лишь при касании (удар, толчок, соприкосновение). Подействовать первое тело на второе может с помощью посредника, третьего тела. Например, звучание музыкального инструмента барабанная перепонка уха воспринимает через посредника, которым является воздух. Для электрических зарядов ситуация другая. Они взаимодействуют без касания и без посредника. Взаимодействие это определяется электрическим полем, которое существует вокруг любого электрического заряда.
Поле невидимо. Его наличие подтверждается приборами или действием на тела или заряды.
Английский ученый Майкл Фарадей, введя понятие электрического поля, предложил его схематическое изображение с помощью линий со стрелками. Стрелки были названы силовыми линиями. Силовые линии поля отрицательного заряда направлены к заряду, у положительного – от заряда.
При сближении двух зарядов на близкие расстояния электрические поля изображаются следующим образом:
Силовые линии одноименных зарядов отталкиваются, разноименных – притягиваются. Как результат такого поведения полей, отталкивание или притяжение электрических зарядов.
При попадании в электрическое поле тело или частица испытывает на себе действие некоторой силы. Это главное свойство электрического поля.
Направление действия электрической силы зависит от знака заряда и расстояния от заряженного тела.
Как тела электризуются?
В восемнадцатом веке американский ученый Франклин (1706-1790) высказал предположение, что электричество – это особая невесомая жидкость, столь тонкая, что она пропитывает все тела. Электризация же, по его мнению, основана на том, что электричество переплывает с одного тела на другое. Эта теория не нашла поддержки, так как правильность ее не удалось подтвердить на опытах.
Наэлектризованные волосы
Известно, что молекулы вещества состоят из более мелких частиц – атомов. Объяснить, почему тела электризуются, удалось лишь после изучения строения атомов. Оказалось, что атомы представляют сложную систему элементарных частиц:
- электроны, имеющие отрицательный заряд, движутся вокруг ядра;
- протоны с положительным зарядом находятся в ядре;
- нейтроны, не имеющие заряда частицы, находятся в ядре.
Все эти мельчайшие частицы обладают элементарным зарядом. У протона заряд с плюсом, у нейтрона заряда нет, значит, ядро в сумме является положительно заряженным. В атоме электронов столько же, сколько и протонов. В результате атом в целом электрически нейтрален, то есть не имеет заряда.
В обычных условиях вещества, состоящие из таких атомов, тоже электрически нейтральны.
В результате трения часть электронов может переместиться с одного тела на другое. Это происходит на расстояниях, очень близких к межмолекулярным. Но, когда после трения тела разъединить, электроны, покинувшие свои атомы, оказываются на другом теле. Получается на одном теле не хватает электронов (недостаток), а на другом электронов стало больше (избыток). Там, где избыток, тело отрицательно заряжено. Там, где недостаток, тело заряжается положительно.
Полезное и вредное действие электризации
Если подробно изучить и правильно использовать электризацию, то она может стать полезным физическим явлением.
Существуют электрофильтры, которые применяются в дымовых трубах. Частицы сажи при трении о трубу электризуются и оседают на ее стенках. В воздух попадает уже меньшее количество вредных веществ.
Чтобы покрасить автомобиль, его корпус заряжают положительно, а краску – отрицательно. Частицы краски друг от друга отталкиваются и одновременно притягиваются к деталям автомобиля, что способствует равномерному, плотному и тонкому окрашиванию.
На хлебокомбинатах легче получить хорошо перемешанное тесто, если зарядить муку положительно, а воду – отрицательно, крупинки муки устремятся к каплям воды. В такой ситуации тесто превратится в однородную массу быстрее, что значительно увеличит производительность предприятия.
Используется электризация при копчении рыбы. Тушки рыбы соединяют с отрицательно заряженными стержнями, а коптильный дым заряжают положительно. Дым прилипает к поверхности рыбы и проникает в нее. Электрокопчение происходит равномерно и быстро. Прокопченный слой придает продукту особый вкус и одновременно защищает рыбу от порчи.
Электрофильтры, притягивающие к себе пыль, используют на крупных птицефабриках. Они очищают воздух от запыленности, что положительно сказывается на яйценоскости куриц и развитии молодняка.
Электризация может принести и большой вред.
Очень опасна электризация для цистерн по перевозке горючего. Во время наполнения цистерны заряды накапливаются внутри. При движении заряды продолжают накапливаться. Во время освобождения цистерны от самой малой искры может произойти взрыв.
В работающих типографских машинах от трения электризуется бумага, что может привести к ее воспламенению и пожару. Часто и в домашних принтерах при долгом печатании замечается слипание листов бумаги. Это тоже электризация.
В текстильной промышленности страдают от электризации чесальные машины, подстригающие ворс специальные ножницы. Все это приводит к запутыванию нитей, их обрыву и, как результат, поломкам станков.
При производстве резины электризуется каучук, проходящий между двумя вращающимися валами. Приближение к такому каучуку любого проводящего тела может вызвать искру и пожар.
Эффективно защищает от электризации заземление. Заряд уходит по проводнику в землю и распределяется в ней, предотвращая большие и малые неприятности.
Материалы
1. Органическое стекло – твердый, прозрачный синтетический материал, хорошо плавится, с пониженной хрупкостью.
2. Сургуч – легко плавящаяся и затвердевающая смесь, состоящая из твердой смолы, воска, мела, гипса.
3. Эбонит – черного или темно-коричневого цвета резина с высоким содержанием в своем составе серы (30-40%).
Физика 8. Цикл разбит на 6 тем. 1. Внутренняя энергия, 2 Агрегатные состояния вещества, 3. Электрические явления, 4. Закон Ома, 5. Электромагнитные явления, 6. Оптика.
ф8 т3 Электрические явления
5. Объяснение электрических явлений
Тела электризуются, т е. получают электрический заряд, когда они приобретают или теряют электроны. Новые электрические заряды при этом не возникают. Происходит лишь разделение уже имеющихся зарядов между электризующимися телами: часть отрицательных зарядов переходит с одного тела на другое.
Способы электризации:
1) электризация трением: участвуют разнородные тела. Тела приобретают одинаковые по модулю, но разные по знаку заряды.
2) электризация соприкосновением: при соприкосновении заряженного и незаряженного тела часть заряда переходит на незаряженное тело, т. е. оба тела приобретают одинаковый по знаку заряд.
3) электризация через влияние: при электризации через влияние можно получить при помощи положительного заряда на теле отрицательный, и на оборот.
Тела, состоящие из нейтральных частиц (атомов и молекул), в обычных условиях не обладают зарядом. Однако в процессе трения часть электронов, покинувших свои атомы, может перейти с одного тела на другое. Перемещения электронов при этом не превышают размеров межатомных расстояний. Но если тела после трения разъединить, то они окажутся заряженными: то тело, которое отдало часть своих электронов, будет заряжено положительно, а то тело, которое их получило,- отрицательно.
Электризация трением объясняется переходом части электронов от одного тела к другому, в результате чего тела заряжаются разноимённо. Тела, наэлектризованные трением друг о друга, притягиваются.
Электризация индукцией объясняется перераспределением электронного газа между телами (или частями тела), в результате чего тела (или части тела) заряжаются разноимённо. Однако возникает вопрос: все ли тела поддаются электризации индукцией? Можно проделать опыты и убедиться, что пластмассовые, деревянные или резиновые шары можно легко наэлектризовать трением, но невозможно индукцией.
Знания об электроне и строении атома позволяют объяснить явление притяжения нена- электризованных тел к наэлектризованным. Почему, например, притягивается к заряженной палочке гильза, которую мы предварительно не наэлектризовали? Ведь мы знаем, что электрическое поле действует только на заряженные тела.
Дело в том, что в гильзе есть свободные электроны. Как только гильза будет внесена в электрическое поле, электроны придут в движение под действием сил поля. Если палочка заряжена положительно, то электроны перейдут на тот конец гильзы, который расположен ближе к палочке. Этот конец зарядится отрицательно. На противоположном конце гильзы будет недостаток электронов, и этот конец окажется заряженным положительно (рис. а). Отрицательно заряженный край гильзы ближе к палочке, поэтому гильза притянется к ней (рис. б). Когда гильза коснётся палочки, то часть электронов с неё перейдёт на положительно заряженную палочку. На гильзе останется нескомпенсированный положительный заряд (рис. в).
Если заряд передают от заряженного шара к незаряженному и размеры шаров одинаковы, то заряд разделится пополам. Но если второй, незаряженный шар больше, чем первый, то на него перейдёт больше половины заряда.Чем больше тело, которому передают заряд, тем большая часть заряда на него перейдёт. На этом основано заземление — передача заряда земле. Земной шар велик по сравнению с телами, находящимися на нём. Поэтому при соприкосновении с землёй заряженное тело отдаёт ей почти весь свой заряд и практически становится электрически нейтральным.
Посмотрите видео урок "учителя вызывали" Объяснение электрических явлений Физика
Посмотрите мультик
Читайте также: