Школьный физический эксперимент электростатика

Обновлено: 05.07.2024

Участник: Маякин Артем Алексеевич
Руководитель: Гурьянова Галина Александровна

При сборе электрической цепи провода располагайте аккуратно, а наконечники плотно соединяйте с клеммами.
Следите, чтобы изоляция проводов была исправна, а на концах проводов были наконечники.
Все изменения в электрической цепи и ее разборку можно проводить только при выключенном источнике электрического питания.
Не включайте электрическую цепь без проверки ее учителем.
Во всех случаях повреждения электрического оборудования, измерительных приборов и проводов необходимо отключать напряжение и сообщать об этом учителю.
Категорически запрещается трогать что-либо на демонстрационном столе и электрораспределительный щит.
Берегите оборудование и используйте его по назначению.
При получении травмы обратитесь к учителю.
Не касайтесь руками мест соединений.

Введение

Цель работы: расширение кругозора, повышение эрудиции, развитие интереса к экспериментальной физике, умений демонстрировать и объяснять опыты, научиться работать самостоятельно.

Способность янтаря электризоваться была известна давно. Впервые исследованием этого явления занялся знаменитый философ древности Фалес Милетский. Вот как об этом рассказывает легенда.

Дочь Фалеса пряла шерсть янтарным веретеном, изделием финикийских мастеров. Как-то, уронив веретено в воду, девушка стала обтирать его краем своего шерстяного хитона и заметила, что к веретену пристало несколько шерстинок. Думая, что они прилипли к веретену, потому что оно еще влажно, она принялась вытирать его еще сильнее. И что же? Шерстинок налипало тем больше, чем сильнее натиралось веретено. Девушка обратилась за разъяснением этого явления к отцу. Фалес понял, что причина в веществе, из которого сделано веретено, и в первый же раз, как к пристани Милета подошел корабль финикийских купцов, он накупил различных янтарных изделий и убедился, что все они, будучи натерты шерстяной материей, притягивают легкие предметы, подобно тому, как магнит притягивает железо. Наблюдаемые явления были названы электрическими (от греч. слова электрон – янтарь).

Опыт первый. Электризация гильзы

Цель опыта проверить выдвигаемую гипотезу: электризация тел может происходить не только при трении. Я считаю, что разноименно заряженные тела притягиваются, а одноименно заряженные отталкиваются. Докажу это при помощи металлической гильзы, подвешенной на нити к штативу, эбонитовой палочки и стеклянной палочки.

Наэлектризую эбонитовую палочку о шелк. Она получит отрицательный заряд. Поднесу её к гильзе, изготовленной из металлической фольги и висящей на шелковой нити на штативе. Подожду некоторое время. Гильза сначала притянется к палочке, затем оттолкнется от нее. Очевидно, гильза, коснувшись палочки, получила от нее отрицательный заряд. Это предположение можно проверить, если к уже заряженной гильзе поднести наэлектизованную стеклянную палочку. Гильза, которая только что оттолкнулась от эбонитовой палочки, притягивается к стеклянной. Что и требовалось доказать.

Знания об электроне и о строении атома позволяют объяснить притяжения не наэлектризованных тел к наэлектризованным. Дело в том, что в гильзе есть свободные электроны. Как только гильза будет внесена в электрическое поле отрицательно заряженной палочки, электроны придут в движение под действием сил поля. Они перейдут на дальнюю сторону гильзы. Дальний конец зарядится отрицательно. На ближайшей стороне гильзы будет недостаток электронов, и этот конец окажется заряженным положительно. Поэтому гильза притянется к палочке.

Вывод из первого опыта: электризация тел может происходить не только при трении. Разноименно заряженные тела притягиваются, а одноименно заряженные отталкиваются.

При расчесывании, волосы начинают прилипать к расческе, при трении воздушного шара о шерсть, шелк и т.п. материалы, он прилипает к телу или волосы притягиваются к нему.

В сочинении Гильберта много интересных наблюдений и догадок, смешанных с фантастическими объяснениями в духе средневековых алхимиков. Но главное значение его труда в том, что он положил твердое основание изучению электрических и магнитных явлений, и на этом основании началось интенсивное развитие этого важного раздела науки и техники. Электрическими опытами занимался и Ньютон, который наблюдал электрическую пляску кусочков бумаги, помещенных под стеклом, положенным на металлическое кольцо. При натирании стекла бумажки притягивались к нему, затем отскакивали, вновь притягивались, и т. д. Эти опыты Ньютон производил еще в 1675 г.

Эксперименты по электричеству проводили и другие члены Лондонского Королевского общества. Бойль, повторив опыты Герике с шаром, установил, что наэлектризованное тело не только притягивает не наэлектризованное, но и, в свою очередь, притягивается последним. Он показал, что электрические взаимодействия наблюдаются и в вакууме.

Опыты Грея, опубликованные в 1731 и 1732 гг., обратили на себя внимание французского естествоиспытателя Шарля Дюфэ (1698—1739), создавшего первую теорию электрических явлений. Повторяя опыты Грея по электризации изолированного человеческого тела, он сам ложился на шелковые шнурки, и его электризовали настолько сильно, что из тела при приближении руки другого человека выскакивали искры.

Опыт второй. Делимость электрического заряда

Заряжу электрометр при помощи эбонитовой палочки, т.е. отрицательно. Второй электрометр будет не заряженный. При помощи проводника – металлического стержня – соединю не наэлектризованный электрометр с наэлектризованным. Именно в этой последовательности, так как заряд может просто уйти в проводник. Свободные электроны стержня окажутся в электрическом поле и придут в движение по направлению к не заряженному электрометру, и он зарядится отрицательно. Заряд поделился поровну.

Такие опыты проводили советский учёный Абрам Фёдорович Иоффе и американский учёный Роберт Милликен. В своих опытах они электризовали мелкие пылинки цинка. Заряд пылинок меняли и вычисляли. Так поступали несколько раз. При этом заряд оказывался каждый раз другим. Но все его изменения были в целое число раз (т. е. в 2, 3, 4 и т. д.) больше некоторого определённого наименьшего заряда. Этот результат можно объяснить только так. К пылинке цинка присоединяется или от неё отделяется только наименьший заряд (или целое число таких зарядов). Этот заряд дальше уже не делится. Частицу, имеющую самый маленький заряд, назвали электроном.

Электрон очень мал. Масса электрона равна 9,1 · 10 –31 кг. Эта масса примерно в 3700 раз меньше массы молекулы водорода, которая является наименьшей из всех молекул.

Электрический заряд — это одно из основных свойств электрона. Нельзя представить, что заряд можно снять с электрона. Они неотделимы друг от друга.

Электрический заряд — это физическая величина. Она обозначается буквой q. За единицу электрического заряда принят кулон (Кл). Эта единица названа в честь французского физика Шарля Кулона.

Электрон — частица с наименьшим отрицательным зарядом. Его заряд равен –1,6 · 10 –19 Кл.

Если коснуться заряженного предмета (например, шара электрометра) рукой, то этот предмет разрядится. Через руку электрический заряд уйдет в наше тело и распределится по его поверхности. То же самое произойдет и в том случае, если мы дотронемся до шара электрометра не рукой, а металлической линейкой.

Вывод из второго опыта: заряд можно делить до определенной величины. Существует заряженная частица, которая имеет самый маленький заряд, который разделить нельзя. Частицу, имеющую самый маленький заряд, назвали электроном.

Чем больше тело, которому передают заряд, тем большая часть заряда на него перейдет. На этом основано заземление – передача заряда земле. Земной шар велик по сравнению с телами, находящимися на нем. Поэтому при соприкосновении с землей заряженное тело отдает ей почти весь свой заряд и практически становится электрически нейтральным.

Опыт третий. Взаимодействие султанов

Два султана соединю длинными проводами с разными индукторами электрофорной машины. Один султан зарядится положительно, другой отрицательно. По лепесткам султанов видно, что одноименные заряды отталкиваются. Указкой буду сближать султаны. Между собой они будут притягиваться, т. к. заряжены разными знаками.

Вывод из третьего опыта: тела, имеющие электрические заряды одинакового знака, взаимно отталкиваются, а тела, имеющие заряды противоположного знака, взаимно притягиваются. Электризация тел происходит при их соприкосновении.

На явлении электризации тел при соприкосновении основан принцип работы ксероксов.

Помните, гильзы должны быть легкими – ведь электростатические силы невелики. Если гильзы помялись, их форму легко восстановить на круглом карандаше.

Электроскоп. Возьмите любую прозрачную стеклянную банку с пластмассовой крышкой и сделайте в крышке маленькое отверстие, в которое вставьте гвоздь либо толстую проволоку. Кончик гвоздя загните и закрепите на нем сложенную пополам полоску фольги или папиросной бумаги (рис. а).

Можно изготовить миниатюрный электроскоп из аптечного пузырька. Возьмите медную проволоку и пропустите ее через пробку. На конце проволоки закрепите две булавки. Для увеличения емкости электроскопа наружный конец проволоки сверните улиткой (рис. б).

Проведение опытов. Запомните: рядом со столом экс-периментатора не должно быть воды. Опыты по электростатике плохо получаются в сырую погоду. Вода – хороший проводник, поэтому статические заряды во влажной среде быстро стекают.

Опыты

1. Потрите пластмассовую палочку о лист бумаги или о тонкую полиэтиленовую пленку. Тела станут прилипать друг к другу. Это взаимодействие называется электростатическим, а палочка стала наэлектризованной. Электризуются сразу два тела: лист бумаги (или полиэтиленовая пленка) и палочка. Электростатическое взаимодействие объясняется перераспределением электрических зарядов.

В ткацкой промышленности электризация ниток, которая происходит из-за их трения при движении челнока, является большой проблемой. Наэлектризованные нитки спутываются, рвутся. Для частичного устранения нежелательного эффекта в цехах искусственно поддерживают высокую влажность.

Если размер кусочков бумаги значителен и сила тяжести оказывается соизмеримой с электрической силой, листочки будут только приподниматься, могут даже вставать на ребро, но не будут отрываться от стола. Наэлектризованной о волосы расческой можно поставить вертикально листочек размером 8x8 см.

Поэкспериментируйте с обрезками ниток, кусочками тканей, полиэтилена, т.е. с диэлектриками. Вы будете наблюдать похожее поведение.

Возьмите кусочки фольги или металлизированной пленки, т.е. металлические проводники. Легкие кусочки фольги будут подскакивать, ударяться о заряженную палочку и резко отлетать от нее. При соприкосновении с наэлектризованной палочкой фольга заряжается. Одноименно заряженные тела отталкиваются, что мы и наблюдаем. Очень эффектно смотрится опыт с металлизированным конфетти!

Проведите дома уборку: сотрите тряпкой пыль с экрана телевизора, с полированной мебели. Пыль очень быстро вновь осядет на эти поверхности. Причина – все та же электризация поверхности и притяжение к ней легких пылинок.

Обратите внимание на то, что полы, покрытые линолеумом, очень быстро пылятся. Когда мы ходим по полу, то электризуем его, поэтому пыль активно на нем оседает. Кроме того, статическое электричество долго сохраняется на линолеуме. На деревянных полах такого количества пыли не оседает. Попробуем объяснить это.

Возьмите деревянную палочку и наэлектризуйте ее трением о лоскутки. Поднесите наэлектризованную деревянную палочку к султанчику или электроскопу – и убедитесь, что дерево слабо электризуется. Вот и ответ о пыли на деревянном полу.

Проверим на опыте, как электризуются металлы, например металлическая линейка. Так как тело человека – хороший проводник электричества, наденьте резиновую перчатку, иначе заряд на линейке накапливаться не будет. Испытание заряженной линейки на султанчике или электроскопе показывает, что металлы плохо электризуются.

Все твердые тела электризуются, но в разной степени.

4. Поднесем наэлектризованную палочку или расческу к струе воды, вытекающей из крана. Струя притянется к палочке. Следовательно, жидкости также электризуются. Электризация горючих жидкостей из-за трения при их перевозке опасна, поэтому топливные баки заземляют.

5. Мыльные пузыри также электризуются. Но для наблюдения этого явления требуется терпение, т.к. мыльные пузыри быстро лопаются, особенно в электрическом поле. Упрощенный вариант опыта – выдуйте пузырь на горизонтальной поверхности (полупузырь) и медленно подносите заряженную палочку. Вы увидите, как он вытягивается.

6. Проведите наэлектризованной палочкой над листом бумаги, металлической скрепкой, ножницами – вы услышите легкий треск, напоминающий разряды. То же самое происходит, когда вы снимаете с себя синтетическую одежду. Целый день она терлась о ваше тело – электризовалась, – но электризовалось и ваше тело. Тело получило заряд одного знака, одежда – другого. При разъединении вы слышите характерный треск и ощущаете некоторое покалывание. В темноте можно даже увидеть крошечные молнии. Если вы носите синтетическую шубу, то, прикасаясь к металлическим предметам, ощущаете достаточно сильный электрический разряд.

В одежде из хлопка и натуральных волокон этого не происходит. Ученые определили, что для клеток живого организма вредно находиться в заряженном состоянии. Отсюда вывод: несмотря на удобство и относительную дешевизну синтетической одежды, не стоит ею увлекаться.

Проделайте этот опыт с металлической линейкой. Из-за явления электростатической индукции металлическая линейка также будет притягиваться к палочке и вращаться за ней.

9. Положите на подставку наэлектризованную расческу. Поднесите к ней пальцы руки – расческа придет в движение! (Опыт описан в кн.: Б.Ф.Билимович. Физические викторины в средней школе. – М., 1977.) Если опыт вам не удается, смочите руки.

10. Подвесьте на стойку гильзу из фольги. Поднесите к ней наэлектризованную палочку. Гильза придет в движение: вначале прикоснется к палочке, затем резко отлетит в противоположную сторону. Попытка повторно прикоснуться к гильзе наэлектризованной палочкой кончится неудачей – она уйдет в сторону. Дело в том, что, прикоснувшись к заряженной палочке, гильза зарядилась одноименно, а одноименно заряженные тела отталкиваются, в чем мы и убеждаемся.

Чтобы снять заряд с гильзы, достаточно до нее дотронуться рукой. Тело человека является хорошим проводником электричества.

Повторите опыт, но с гильзами из другого материала. Вы получите тот же результат.

11. Подвесьте на стойке на небольшом расстоянии друг от друга две гильзы. Отрегулируйте длину нити – гильзы должны висеть на одном уровне. Зарядите одну из них. Другую начинайте приближать. Если гильзы закреплены на кольцах, то это нетрудно сделать. В первый момент они притянутся друг к другу, прикоснутся и резко разлетятся в разные стороны. Продолжайте сближать колечки до полного их соприкосновения, однако гильзы останутся разведенными, под углом друг к другу. Еще раз убеждаемся: одинаково заряженные тела отталкиваются.

Поместите гильзы на некотором расстоянии друг от друга. Зарядите одну из них. Чтобы определить, какая из них заряженная, достаточно поднести к гильзе руку: незаряженная гильза не будет реагировать на руку, а заряженная притянется к руке!

12. Электрический маятник. Для этого опыта вам понадобится металлический экран, который легко сделать из листа картона с прикрепленной к нему скотчем металлической фольгой. Гильзу из фольги поместите между экраном и наэлектризованной палочкой. Вы будете наблюдать следующую картину: гильза притянется к палочке, резко отскочит, ударится об экран, снова притянется к палочке и т.д., т.е. начнет колебаться. Незаряженная гильза притягивается к наэлектризованной палочке, дотрагиваясь до нее, заряжается, резко отталкивается как одноименно заряженное тело и ударяется о металлический экран, которому отдает свой заряд. Процесс начинается снова. Так как гильза снимает большой электрический заряд, колебания получаются затухающими, так что палочку постоянно надо подзаряжать.

Если вы воспользуетесь электрофорной машиной, то будете наблюдать незатухающие колебания.

13. Поднесите к электроскопу заряженную палочку. Булавки (или листочки) электроскопа разойдутся. Значит, они оказались одинаково заряженными. Уберите палочку – они снова сойдутся. Мы наблюдаем явление электростатической индукции (рис. а).

Поставьте на крышку электроскопа перевернутую металлическую консервную банку (рис. б). Вновь поднесите заряженную палочку, не касаясь банки. Листочки электроскопа никак не отреагируют на электрическое поле. Это означает, что внутри металлической банки электрического поля нет. По этой причине корпуса многих приборов металлические – они экранируют приборы от внешних электрических полей, помех, нежелательных сигналов.

14. Коснитесь заряженной палочкой металлического стержня электроскопа – его листочки разойдутся и останутся в этом положении. Это означает, что мы передали заряд листочкам. Снова наэлектризуйте палочку и опять дотроньтесь до электроскопа – его листочки отклонятся на бо1льший угол, т.к. заряд на электроскопе увеличился.

Накройте стержень консервной банкой и дотроньтесь до нее заряженной палочкой – листочки электроскопа сильнее расходиться не будут. Опять мы убеждаемся в экранировании электрического поля.

15. Потерев пластмассовую палочку лоскутком, дотроньтесь лоскутком до стержня электроскопа. Листочки разойдутся на небольшой угол. А теперь прикоснитесь наэлектризованной палочкой. Листочки тут же опустятся. Это означает, что электроскоп разрядился. Следовательно, палочка и лоскуток имели заряды противоположного знака.

16. Проверьте, потерев бумагу о бумагу, пластмассу о пластмассу и пр., электризуются ли эти вещества.

17. Возьмите пластмассовый шарик от пинг-понга и поднесите к нему заряженную палочку – шарик будет послушно катиться за ней. Для усиления эффекта покройте его графитом.

18. Возьмите пластиковую бутылку, покрытую фольгой, и на ее край положите согнутую пополам полоску бумаги. Поднесите наэлектризованную палочку один раз со стороны полоски бумаги, другой раз – с противоположной стороны цилиндра. В первом случае полоска притянется к палочке, во втором – прилипнет к фольге цилиндра. Теперь зарядите цилиндр от наэлектризованной палочки. Повторите опыт. Вы получите противоположный результат!

Повторите опыт с прозрачной пластиковой баночкой. Пластик легче электризуется, и эффект получается больший. Начните поворачивать банку – за ней будет поворачиваться и стрелка.

Поднесите заряженную палочку к стрелке, находящейся под банкой. Стрелка будет чутко реагировать на изменение положения палочки, т.е. на электрическое поле. Диэлектрики не экранируют электрические поля.

Очень зрелищны опыты с воздушными шариками.

20. Наэлектризуйте шарик, потерев его о волосы. Приподнимая шарик над головой, вы почувствуете, как за ним тянутся волосы. Чем не султанчик?

22. Наэлектризованный шарик прислоните к вертикальной стенке или к потолку – он будет долго висеть в таком положении.

23. Возьмите два воздушных шарика. Наэлектризуйте их и положите на гладкую поверхность стола. Шарики будут отталкиваться друг от друга и препятствовать сближению. Обратите внимание: на стол они ложатся наэлектризованной стороной.

О капельке

Капелька на саже. Закоптите подложку (стеклянную пластину, кусочек жести). Капните на нее маслом, водой, тушью. Масло растекается лужицей, а вот вода и тушь образуют на поверхности почти шарообразные капельки. Чем меньше размер капель, тем ближе их форма к сферической. Наклоните подложку, капли мгновенно с нее скатятся, как упругие шарики с горки. Про такие жидкости мы говорим, что они не смачивают поверхность. Сила взаимодействия между молекулами жидкости намного больше, чем между молекулами жидкости и твердого вещества, в данном случае воды и сажи.

Зеркало из сажи. Опустите пластину, покрытую сажей, в воду. Разверните ее под некоторым углом. Пластина на ваших глазах из черной превратится в зеркально-серебристую. Процарапайте на саже рисунок и вновь опустите в воду. Что вы теперь наблюдаете?

Роса на листьях. Проверьте на смачивание водой живые листья растений. Исследуйте и комнатные растения. Листья не смачиваются водой, поэтому при определенных условиях на них могут образовываться капельки росы.
Капелька воды на шерсти. Исследуйте поведение капельки воды на шерстяной ткани. Первый вывод, который мы делаем: шерсть не смачивается водой. Убедитесь в этом еще раз на следующем опыте. Опустите клубок шерсти в воду: он станет серебристым, как покрытая сажей пластина в предыдущем опыте. В природе встречается паук, получивший название серебрянка за свой внешний вид. Паук-серебрянка плетет дом-купол под водой, куда приносит с поверхности воздух на ворсинках своего тела. Поэтому в воде паук меняет цвет на серебристый.

Мы получили состояние, близкое к невесомости. Сила Архимеда уравновесила силу тяжести. Силы поверхностного натяжения стремятся придать жидкости форму, обеспечивающую капле минимальную поверхностную энергию, т.е. сферическую.

Вода прозрачна, и масло в пробирке практически прозрачно, так что наблюдать этот опыт интереснее на непрозрачной капельке туши. Результат тот же.

Повторим опыт, но теперь в машинном масле. Оно отличается от растительного цветом и плотностью. Цвет этого масла темно-красный. Наблюдать прозрачные капли воды сложно, а вот черные капли туши хорошо просматриваются. Плотность машинного масла меньше, чем подсолнечного, поэтому выталкивающая сила меньше силы тяжести. Капельки воды и туши в машинном масле опускаются с ускорением, значит, быстрее, чем в подсолнечном. По форме они похожи на чуть сплющенные по вертикали шарики.

Капелька масла в воде. Этот опыт лучше проводить не в пробирке, а в просторной банке. Плотность масла меньше, чем плотность воды, поэтому капельки масла должны подниматься со дна сосуда с водой вверх. Возьмите длинную трубочку для коктейля. Опустите ее конец в бутылку с маслом на 5–8 см. Закройте пальцем верхнее отверстие трубочки, перенесите ее в сосуд с водой и опустите до дна. Откройте верхнее отверстие трубочки и надавите на нее, чтобы масло стало вытекать. Масло не всегда вытекает капельками. Оно может ползти по пластиковой трубочке, словно гусеница. Встряхните трубочку. Масло оторвется от нее, и образуются капельки разных размеров. Круглые шарики масла начнут быстро подниматься вверх. Капельки подсолнечного масла поднимаются медленнее, чем капельки машинного масла. Вооружитесь лупой и внимательно проследите за поведением капелек у поверхности воды.

Опыт Плато. Бельгийский ученый Плато поставил следующий опыт. Он подобрал две несмешивающиеся жидкости одинаковой плотности: прованское масло и водный раствор спирта. Поскольку плотности жидкостей одинаковые, то вес капельки масла в смеси равен нулю, капелька не тонет и не всплывает, она находится в состоянии невесомости! Ее форма была сферической!

Повторим опыт Плато. Его можно проводить в пробирке, но удобнее в небольшой плоской кювете. Налейте на дно кюветы немного спирта. Затем из пипетки или трубочки впрысните капельку масла. Она имеет бо1льшую плотность и ляжет на дно. Аккуратно, маленькими порциями, доливайте воду. Капелька масла начнет всплывать. Количество влитой воды определяет положение капли масла в сосуде. Мы наблюдали следующую картину: два слоя жидкости, нижний, спиртовой, голубоватого оттенка, верхний, водяной, – прозрачный. Большая капля машинного масла посередине между слоями. В верхнем слое она красная, в нижнем – прозрачная. Большую каплю сопровождают несколько маленьких.

Капли туши в воде. Тушь и вода смешиваются. Этим объясняется необычное по сравнению с предыдущими опытами поведение капельки туши в воде.

Капелька воды, попав на раскаленную поверхность, за доли секунды нагревается от комнатной температуры до 100 °С и начинает интенсивно испаряться. Образуется паровая подушка, которая удерживает каплю над горячей поверхностью. Капли не соприкасаются с поверхностью, поэтому легко перемещаются. Съемки показали схожесть формы и поведения капель на саже и горячем утюге.

Кстати, свои научные проекты для международных выставок дети готовят на иностранных языках и с посетителями общаются без переводчиков!

Слева направо: Яновская Яна, Галина Федоровна Туркина,
Хозиков Сергей, Уварова Маша, Каленская Аня, Чернов Денис,
Тер-Осипова Женя, Коробейникова Карина, Алексеев Саша,
Иванова Настя, Александрова Тася, Гавричева Настя

Во всех проводимых в этом разделе опытах мы используем статическое электричество. Электричество называют статическим, когда ток, то есть перемещение заряда, отсутствует. Оно образуется за счет трения объектов. Например, шарика и свитера, шарика и волос, шарика и натурального меха. Вместо шарика иногда можно взять гладкий большой кусок янтаря или пластмассовую расческу. Почему мы используем в опытах именно эти предметы? Все предметы состоят из атомов, а в каждом атоме находится поровну протонов и электронов. У протонов заряд - положительный, а у электронов - отрицательный. Когда эти заряды равны, предмет называют нейтральным, или незаряженным. Но есть предметы, например, волосы или шерсть, которые очень легко теряют свои электроны. Если потереть шарик (янтарь, расческу) о такой предмет, часть электронов перейдет с него на шарик, и он приобретет отрицательный статический заряд. Когда мы приближаем отрицательно заряженный шарик к некоторым нейтральным предметам, электроны в этих предметах начинают отталкиваться от электронов шарика и перемещаться на противоположную сторону предмета. Таким образом, верхняя сторона предмета, обращенная к шарику, становится заряженной положительно, и шарик начнет притягивать предмет к себе. Но, если подождать подольше, электроны начнут переходить с шарика на предмет. Таким образом, через некоторое время шарик и притягиваемые им предметы снова станут нейтральными и перестанут притягиваться друг к другу.

Опыт №1. Понятие о электрических зарядах.

Цель: Показать, что в результате контакта между двумя различными предметами возможно разделение электрических разрядов.

1. Воздушный шарик.

2. Шерстяной свитер.

Опыт : Надуем небольшой воздушный шарик. Потрем шарик о шерстяной свитер и попробуем дотронуться шариком до различных предметов в комнате. Получился настоящий фокус! Шарик начинает прилипать буквально ко всем предметам в комнате: к шкафу, к стенке, а самое главное - к ребенку. Почему?

Это объясняется тем, что все предметы имеют определенный электрический заряд. Но есть предметы, например - шерсть, которые очень легко теряют свои электроны. В результате контакта между шариком и шерстяным свитером происходит разделение электрических разрядов. Часть электронов с шерсти перейдет на шарик, и он приобретет отрицательный статический заряд. Когда мы приближаем отрицательно заряженный шарик к некоторым нейтральным предметам, электроны в этих предметах начинают отталкиваться от электронов шарика и перемещаться на противоположную сторону предмета. Таким образом, верхняя сторона предмета, обращенная к шарику, становится заряженной положительно, и шарик начнет притягивать предмет к себе. Но если подождать подольше, электроны начнут переходить с шарика на предмет. Таким образом, через некоторое время шарик и притягиваемые им предметы снова станут нейтральными и перестанут притягиваться друг к другу. Шарик упадет.

Вывод: В результате контакта между двумя различными предметами возможно разделение электрических разрядов.

Опыт №2. Танцующая фольга.

Цель: Показать, что разноименные статические заряды притягиваются друг к другу, а одноименные отталкиваются.

1. Тонкая алюминиевая фольга (обертка от шоколада).

2. Ножницы. 3. Пластмассовая расческа. 4. Бумажное полотенце.

Опыт : Нарежем алюминиевую фольгу (блестящую обертку от шоколада или конфет) очень узкими и длинными полосками. Высыпем полоски фольги на бумажное полотенце. Проведем несколько раз пластмассовой расческой по своим волосам, а затем поднесем ее вплотную к полоскам фольги. Полоски начнут "танцевать". Почему так происходит? Волосы. о которые мы потерли пластмассовую расческу, очень легко теряют свои электроны. Их часть перешла на расческу, и она приобрела отрицательный статический заряд. Когда мы приблизили расческу к полоскам фольги, электроны в ней начали отталкиваться от электронов расчески и перемещаться на противоположную сторону полоски. Таким образом, одна сторона полоски оказалась заряжена положительно, и расческа начала притягивать ее к себе. Другая сторона полоски приобрела отрицательный заряд. легкая полоска фольги, притягиваясь, поднимается в воздух, переворачивается и оказывается повернутой к расческе другой стороной, с отрицательным зарядом. В этот момент она отталкивается от расчески. Процесс притягивания и отталкивания полосок идет непрерывно, создается впечатление, что "фольга танцует".

Вывод: Разноименные статические заряды притягиваются друг к другу, а одноименные отталкиваются.

Опыт №3. Прыгающие рисовые хлопья.

Цель: Показать, что в результате контакта между двумя различными предметами возможно разделение статических электрических разрядов.

1. Чайная ложка хрустящих рисовых хлопьев.

2. Бумажное полотенце.

3. Воздушный шарик.

4. Шерстяной свитер.

Опыт : Постелим на столе бумажное полотенце и насыплем на него рисовые хлопья. Надуем небольшой воздушный шарик. Потрем шарик о шерстяной свитер, затем поднесем его к хлопьям, не касаясь их. Хлопья начинают подпрыгивать и приклеиваться к шарику. Почему? В результате контакта между шариком и шерстяным свитером произошло разделение статических электрических зарядов. Часть электронов с шерсти перешло на шарик, и он приобрел отрицательный электрический заряд. Когда мы поднесли шарик к хлопьям, электроны в них начали отталкиваться от электронов шарика и перемещаться на противоположную сторону. Таким образом, верхняя сторона хлопьев, обращенная к шарику, оказалась заряжена положительно, и шарик начал притягивать легкие хлопья к себе.

Вывод: В результате контакта между двумя различными предметами возможно разделение статических электрических разрядов.

Опыт №4. Способ разделения перемешанных соли и перца.

Цель: Показать, что в результате контакта не во всех предметах возможно разделение статических электрических разрядов.

1. Чайная ложка молотого перца.

2. Чайная ложка соли.

3. Бумажное полотенце.

4. Воздушный шарик.

5. Шерстяной свитер.

Опыт : Расстелим на столе бумажное полотенце. Высыплем на него перец и соль и тщательно их перемешаем. Можно ли теперь разделить соль и перец? Очевидно, что сделать это весьма затруднительно! Надуем небольшой воздушный шарик. Потрем шарик о шерстяной свитер, затем поднесем его к смеси соли и перца. Произойдет чудо! Перец прилипнет к шарику, а соль останется на столе. Это еще один пример действия статического электричества. Когда мы потерли шарик шерстяной тканью, он приобрел отрицательный заряд. Потом мы поднесли шарик к смеси перца с солью, перец начал притягиваться к нему. Это произошло потому, что электроны в перечных пылинках стремились переместиться как можно дальше от шарика. Следовательно, часть перчинок, ближайшая к шарику, приобрела положительный заряд и притянулась отрицательным зарядом шарика. Перец прилип к шарику. Соль не притягивается к шарику, так как в этом веществе электроны перемещаются плохо. Когда мы подносим к соли заряженный шарик, ее электроны все равно остаются на своих местах. Соль со стороны шарика не приобретает заряда, она остается незаряженной или нейтральной. Поэтому соль не прилипает к отрицательно заряженному шарику.

Вывод: В результате контакта не во всех предметах возможно разделение статических электрических разрядов.

Опыт №5. Гибкая вода.

Цель: Показать, что в воде электроны свободно перемещаются.

1. Раковина и водопроводный кран.

2. Воздушный шарик.

3. Шерстяной свитер.

Опыт : Откроем водопроводный кран таким образом, чтобы струя воды была очень тонкой. Надуем небольшой воздушный шарик. Потрем шарик о шерстяной свитер, затем поднесем его к струйке воды. Струя воды отклонится в сторону шарика. Электроны с шерстяного свитера при трении переходят на шарик и придают ему отрицательный заряд. Этот заряд отталкивает от себя электроны, находящиеся в воде, и они перемещаются в ту часть струи, которая дальше всего от шарика. Ближе к шарику в струе воды возникает положительный заряд, и отрицательно заряженный шарик тянет ее к себе. Чтобы перемещение струи было видимым, она должна быть тонкой. Статическое электричество, скапливающееся на шарике, относительно мало, и ему не под силу переместить большое количество воды. Если струйка воды коснется шарика, он потеряет свой заряд. Лишние электроны перейдут в воду; как шарик, так и вода станут электрически нейтральными, поэтому струйка снова потечет ровно.

Вывод: В воде электроны могут свободно перемещаться.

Опыты с электричеством Опыты. Как рассказать детям про электричество без скуки? Конечно посредством опытов! Особенно про неопасное электричество, статическое.

Знакомство дошкольников со статическим электричеством посредством опытно-экспериментальной деятельности Список опытов: 1. Шарики на стене 2. Шарики поссорились 3. Шарики подружились 4. Бумажное конфетти 5. Гибкая вода 6. Электричество в голове.

К сожалению, координат автора статьи мне найти не удалось, несмотря на то, что она вышла в свет в 2009 году. Есть и более поздний её вариант, изданной в 2014 году.

Мне показались интересными взгляды автора на электродинамику, думаю, что она заинтересует и других людей. В статье представлена таблица, которая представляет взгляды автора на электродинамику, как на проявление в природе 4-х полей. Вот эта таблица:

1) невихревые электрические поля;
2) вихревые электрические поля;
3) невихревые магнитные поля;
4) вихревые магнитные поля.

Но сейчас главное – не это. Накануне я начал заниматься систематизацией знаний, но только в другом контексте – контексте работ Г. В. Николаева.

Вопрос о количестве полей и об их названии остаётся спорным. К сожалению, автор сильно не утруждает себя описанием физического смысла термина, например, зарядовых волн. Что волнуется и в чём распространяется для автора, видимо вполне ясно, а другим не стоит об этом сильно заморачиваться. Мы всё это уже проходили – голый математический формализм, хотя, как попытка классификации физических явлений, работа А. Г. Иванова заслуживает отдельного внимания. Но сама таблица Иванова привлекла моё внимание и навела меня на мысль провести классификацию всех своих опытов (прошлых и будущих), представленных на моём канале в Ютубе.

1) опыты по электростатике;
2) опыты по электродинамике;
3) опыты по магнитостатике;
4) опыты по магнитодинамике.

Каждая группа в свою очередь делится ещё на две подгруппы. Всего получилось восемь групп.

В отношении физической модели электризации трением на моём канале в Ютубе есть ролик под названием Физический смысл явлений 1. Электричество., в котором был показан опыт, иллюстрирующий это высказывание. Желающие могут освежить в своей памяти.

Повторюсь, что постепенно Таблица №1 будет дополняться новыми данными.

Несколько слов о статье А. Г Иванова. К сожалению, автор проявил некоторое высокомерие, позволив себе на стр. 8 неуважительное высказывание в отношении, как выразился автор, неспециалистов и популяризаторов науки. Позволю себе напомнить, что ни Тесла, ни кто-либо другой не рождался специалистом. В ответ, повторяя стиль автора, я и многие другие так же могут проявить высокомерие, например, по отношению к ошибкам, допущенным автором в статье и некоторому другому. Например, фамилия Н. Тесла и в родительном падеже будет писаться Тесла, так как она не склоняется. Сюда же можно добавить и полное отсутствие у автора опытной доказательной базы основных положений своей теории и многое другое. Но мы не будем отвечать автору взаимностью.

Когда Н. Тесла приступил к своим работам, у него ведь не было теории, предложенной А. Г Ивановым. Тем не менее, опираясь лишь на принципы гармонии(!) и элементарные математические действия, Тесла смог эмпирически (опытным путём) не только открыть неизвестные ранее физические эффекты, но и показал их практическое применение. С другой стороны, что бы делал, пусть даже самый талантливый теоретик, не имеющий доступ к каталогу физических явлений и эффектов? – Ничего, просто сидел бы без работы.

Ну, а если говорить серьёзно, то теория лишь объединяет и классифицирует накопленные факты, что позволяет затем изучать отдельно следствия из этой теории, тем самым направляя в будущее свою практическую деятельность.

Надо понимать, что с одной стороны практическая деятельность человека приносит нам новый опыт, который не всегда находит сразу своё практическое применение. С другой стороны у людей всегда возникают различные потребности, которые не находя своего удовлетворения неосознанно, то есть по умолчанию мотивируют любую человеческую деятельность. Существуют люди, которые способности находить связь между этими двумя сторонами жизни, неожиданно находя практическое применение полученному опыту в удовлетворении тех или иных человеческих потребностей. В этом смысле теория и практика требуются в одинаковой степени, хотя, на самом деле, практика делает ход всегда первой. Так, открытие явления электризации янтаря трением было обнаружено очень давно, а применить электричество для удовлетворения нужд человечества удалось лишь спустя много лет и то, благодаря лишь только нескольким личностям.

Все люди, несмотря на образование, полученное ними в одних и тех же учебных заведениях, формируют свой уникальный набор опытных (входных) данных. Из этих данных впоследствии каждый человек упорным трудом может сложить из разрозненных данных свою неповторимую мозаику, которую мы называем Картиной Мира или просто мировоззрением, которое при поступлении новых эмпирических данных периодически перестраивается. Благодаря своему мировоззрению каждый человек обретает свою индивидуальную точку зрения на все вещи, которую я называю системой отсчёта. У каждого человека она своя, и это – нормально, если только она не навязывается силой или другим способом другим людям.

Нужно помнить, что теория, которую предложил Г. А. Иванов, далеко не единственная. Тем более, отражая Картину Мира конкретного человека, она не является истиной в последней инстанции, как, впрочем, теория Г. В. Николаева и других.

Давайте и мы внесём в нашу Картину Мира новые эмпирические данные и сделаем наше мировоззрение более адекватным той действительности, в которой мы живём, в результате наши с вами системы отсчёта станут ближе друг другу. Для этого я предлагаю вашему вниманию несколько физических опытов. Сначала несколько слов о природе электрических зарядов.

Загадка электрического заряда.

Что мы знаем об электрических зарядах, Чему нас учат в школе, в вузе? Знакомство с электричеством начинается с абстрактных – точечных зарядов. В учебниках приводятся рисунки, на которых стрелками обозначаются линии напряжённости электрического поля (Рис. 1), создаваемые зарядами. Конечно, линии напряжённости никто не видел, но нас убеждают, что дело обстоит именно так, как нарисовано ниже. Но в какой среде это происходит или вовсе в пустоте – об этом каждый молча должен догадываться сам.

Далее утверждается, что тела, имеющие заряды одинакового знака взаимно отталкиваются, а разного знака – взаимно притягиваются. Но даже после таких подробностей природа электрических зарядов понятнее никому не становится.

Поскольку существует два рода зарядов, следовательно, существует два вида такого преобразования: одни центры излучают, а другие поглощают фотоны. Те, что излучают – это положительно заряженные частицы, а те, что поглощают – отрицательные частицы.

Поток радиального излучения зарядов в электродинамике принято называть электрическим полем. Площадка, принимающая это излучение должна изменяться во второй степени (1/ ) от расстояния r до заряда, как и в случае с законом поглощения света. В этом с обычной электродинамикой противоречий нет, зато наглядно объясняется причина убывания силы Кулона обратно пропорционально квадрату расстояния.

Притяжение и отталкивание электрических зарядов друг с другом объясняется взаимодействием потоков их излучения.

В мире, в котором мы живём масштабы электрических зарядов – этих центров преобразования флуктуаций, происходящих в космическом вакууме очень малы, но это компенсируется их огромным количеством.

В обычном состоянии тела имеют почти равное количество зарядов обоих знаков. Но в природе известно несколько явлений, которые сопровождаются разделением зарядов, которые мы называем электризацией, хотя реально причин разделяющих заряды, существует огромное количество. В школе мы изучали только два таких явления – это трение и касание. Но они не единственные в природе. Существуют и другие явления разделения зарядов, изучению которых будут посвящены мои другие работы.

Давайте вначале обратимся к тем явлениям электризации, на которые в учебных заведениях мало обращают внимания.

Электростатическая индукция. Опыты по электризации металлического шара.

Желающие заниматься исследованием электростатических явлений, прежде всего, должны не забывать о технике безопасности. Поэтому источники высокого напряжения должны быть заземлены и находиться на безопасном расстоянии, а после работы их обязательно необходимо выключать и разряжать, касаясь в случае уединённых тел заземлённым проводом, а в случае конденсаторов замыкать между собой их обкладки.

Немногие задумываются над тем, как осуществляется передача заряда от заряженных физических тел к незаряженным телам. Проведём опыты с закреплённым на изоляционной подставке металлическим шаром, (обозначенной на Рис.2 треугольником), чтобы электрические заряды не стекали в Землю.

Буква N указывает, что наш шар электрически нейтрален, то есть у него поровну положительных и отрицательных зарядов.

Опыт №1. Электризация трением и влиянием (индукции).

Возьмём стеклянную или эбонитовую палочку и натрём её тканью. Палочка станет отрицательно заряженной. Поднесем её к металлическому шару, не касаясь его. Для эбонитовой палочки поляризация зарядов примет вид, показанный на Рис. 4. Хотя шар в целом останется, электрически нейтрален, так как соотношение положительных и отрицательных зарядов в нём не изменилось, внутри шара произойдёт перераспределение зарядов, как это показано на Рис.3 и Рис.4. Заряды распределятся только по поверхности шара, являющегося уединённой ёмкостью, образуя электрический диполь. Так как стеклянная палочка зарядится положительно, то на поверхности шара ближе к ней сосредоточатся заряды другого знака (Рис.3), а на диаметрально противоположной стороне, отталкиваясь от зарядов палочки, сосредоточатся заряды положительного знака.

В дальнейшем мы будем показывать вариант электризации тел только для заряда одного знака, так как процессы электризации для них полностью идентичны. Для лучшего понимания в дальнейшем нам нужно договориться об условных обозначениях:

1)значок N указывает на электрически нейтральное тело, то есть когда тело имеет одинаковое количество разноимённых зарядов;
2)значок или означает наэлектризованный шар, имеющий избыток положительного или отрицательного заряда соответственно; заряд сосредоточен на поверхности тела;
3) величину заряда условимся обозначать числом, стоящим рядом со знаком или . 3)значок означает, что шар электрически нейтрален, но внутри его заряды разделены, то есть он поляризован.

Смотрим видеофрагмент №1: (здесь и далее съёмка сделана в затемнённом помещении):

Смотрим видеофрагмент №2: В этом фрагменте я допустил неточность, сказав, что зарядить шар, пластмассовой линейкой невозможно. Конечно, я имел в виду, что шар невозможно зарядить только одним прикосновением, так как линейка не является проводником зарядов, а только его хранителем. Но трением можно зарядить шар от заряженной линейки. Вот посмотрите следующий видеофрагмент, хотя это и неочевидно.

Опыт №2. Получение электрического тока из отрицательных зарядов методом индукции.

Наэлектризуем трением пластиковую, например, эбонитовую палочку, поднесём её к шару, не касаясь его, как показано на Рис.5,а. Теперь металлическим проводником, соединённым на другом конце с заземлением коснёмся заряженного шара, как показано на Рис.5,б.

Читайте также: