Фізика. Повторне видання. 8 клас. Барʼяхтар (2025)
Розділ 3. Електричні явища. Електричний струм
§ 27. Електричний заряд. Закон збереження електричного заряду
ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. На фото показано результати дослідів, які легко відтворити самостійно без використання клею або скотчу. У який спосіб це можна зробити? Чи пов'язані між собою явище, що продемонстровано на заставці до параграфа, і явища, що спостерігаються в дослідах?
1. Чому в суху погоду волосся стає неслухняним під час розчісування пластмасовим гребінцем?
Відтворіть досліди*, про які йшлося в питанні для обговорення. Виконайте ще декілька дослідів (рис. 27.1).
Рис. 27.1. Після тертя аркушем паперу паличка з оргскла** починає притягувати до себе клаптики паперу (а); так само поводить себе повітряна кулька, яку перед тим потерли вовною або аркушем паперу (б)
• Для того щоб кулька або пакет поводили себе так, як демонструється в дослідах, ці предмети необхідно потерти об стіну або, наприклад, вовняним шарфом.
* Досліди цього розділу краще проводити в суху погоду або в приміщенні з увімкненими радіаторами.
** Паличку з оргскла можна замінити на учнівську лінійку або гребінець із пластмаси.
Сподіваємося, що ви переконалися: деякі тіла після тертя набувають властивості притягувати інші тіла. Це відбувається тому, що під час тертя тіла електризуються і починають вступати в електромагнітну взаємодію.
У побуті ми частенько потерпаємо від електризації. Волосся під час розчісування, так само як і ваше тіло під час ходьби по килиму із синтетичних матеріалів або ваш светр із синтетичних волокон, коли ви його знімаєте, електризується.
ЧИ ЗНАЄТЕ ВИ, ЩО...
Понад двадцять п’ять сторіч тому давньогрецький філософ, математик, дослідник природи Фалес (бл. 625 — бл. 547 до н. е.) із міста Мілета натирав хутром шматок бурштину і спостерігав, як після цього бурштин починав притягувати до себе пір'я птахів, пух, соломинки, сухе листя. Саме від грецької назви бурштину — електрон — процес, у результаті якого тіла набувають властивості притягувати до себе інші тіла, назвали електризацією, а тіла, що мають цю властивість, — наелектризованими.
2. Що називають електричним зарядом?
Щоб мати можливість кількісно визначати інтенсивність електромагнітної взаємодії, було введено фізичну величину — електричний заряд.
Електричний заряд — це фізична величина, яка характеризує властивість частинок і тіл вступати в електромагнітну взаємодію.
Електричний заряд позначають символом q. Одиниця електричного заряду в СІ — кулон (названа на честь французького фізика Шарля Кулона):
[q] = Кл.
Ця одиниця похідна від основних одиниць СІ (визначення кулона подано в § 35).
1 Кл — це дуже великий заряд. Зазвичай у побуті ми маємо справу із зарядами, які менші в мільйон або мільярд разів.
Про наелектризоване тіло говорять, що тілу надамо електричний заряд — тіло заряджене. Процес набуття макроскопічними тілами електричного заряду називають електризацією.
3. Які властивості має електричний заряд?
1. Існують два роди електричних зарядів — позитивні і негативні.
Дізнатися, якого заряду набуде деяка речовина під час тертя, можна за допомогою трибоелектричного ряду (рис. 27.2). Коли дві речовини перебувають у контакті, та з них, назва якої розташована вище в переліку, набуває позитивного заряду, а та, назва якої нижче, — негативного.
Рис. 27.2. Ті речовини, назви яких ближче до «+», під час тертя набуватимуть позитивного заряду, а ті, назви яких ближче до «-», — негативного заряду. Чим далі одна від одної розташовані назви речовин, тим більшого заряду вони набуватимуть під час тертя
2. Тіла, що мають заряди одного знака, відштовхуються; тіла, що мають заряди протилежних знаків, притягуються (рис. 27.3).
Рис. 27.3. Однойменно заряджені кульки відштовхуються (а); різнойменно заряджені — притягуються (б)
ДОСЛІДЖЕННЯ
Що знадобиться: пластикова лінійка, шматок вовни (хутра), невеликий біндер, нитка і тіла з деяких речовин, що зазначені на рис. 27.2 (пластикова ручка, склянка, соломинка для коктейлю, пластиковий пакет, аркуш паперу тощо).
За допомогою нитки підвісьте біндер, наприклад, до спинки стільця. Наелектризуйте лінійку тертям об шматок вовни і прикріпіть за середину до біндеру. Ваше завдання — з’ясувати, як буде взаємодіяти (притягатися чи відштовхуватися) лінійка, що має негативний заряд, з іншими зарядженими тілами.
Для цього за допомогою інформації, що надана на рис. 27.2, визначте, які тіла будуть набувати позитивного заряду, а які — негативного. Електризуйте тіла, підносьте по черзі до одного з країв лінійки і спостерігайте за її поведінкою. Зробіть висновок щодо взаємодії різнойменно та однойменно заряджених тіл.
3. Носієм електричного заряду є частинка — електричний заряд не існує окремо від частинки. Під час електризації тіло приймає або віддає деяку кількість частинок, що мають електричний заряд*. Однією з негативно заряджених частинок є електрон, а однією з позитивно заряджених — протон (рис. 27.4). Зазвичай під час електризації тіло приймає або віддає деяку кількість електронів.
Рис. 27.4. Електрони і протони разом з електронейтральними нейтронами є складовими атомів, з яких побудовані речовини
4. Електричний заряд є дискретним, тобто електричні заряди фізичних тіл кратні певному найменшому (елементарному) заряду:
|q| = N|e|,
де q — заряд фізичного тіла; N — натуральне число; е — елементарний заряд.
Носієм елементарного негативного заряду є електрон. Цей заряд позначають символом е, а значення записують так: е = -1,6 • 10-19 Кл**.
Носієм елементарного позитивного заряду є протон. Заряд протона за модулем дорівнює заряду електрона: qp = +1,6 • 10-19 Кл.
• Як ви вважаєте, чи може фізичне тіло мати заряд 0,5е? -17,7е? 198е?
* Далі частинки, які мають електричний заряд, називатимемо зарядженими частинками.
** е = 1,6 • 10-19 Кл — це значення елементарного заряду, округлене до десятих.
5. Для електрично замкненої системи тіл виконується закон збереження електричного заряду.
Повний заряд електрично замкненої системи тіл залишається незмінним під час усіх взаємодій, які відбуваються в цій системі:
q1 + q2 + ... + qn = const,
де q1, q2, ..., qn — заряди тіл, що створюють електрично замкнену систему (n — кількість таких тіл).
Під електрично замкненою системою тіл розуміють таку систему, у яку не проникають заряджені частинки ззовні і яка не втрачає «власних» заряджених частинок.
Наприклад, систему «лінійка — вовняна тканина» можна вважати замкненою. Тому їхній сумарний заряд перед дослідом дорівнюватиме сумарному заряду після досліду. Отже, заряд лінійки і заряд вовни після тертя будуть рівні за модулем і протилежні за знаком.
А ЯК НАСПРАВДІ?
Одна з блогерок описала електростатичні «повітряні кулі», які створюють павуки в пустелях. Ці істоти випускають довгу нитку та електризують її на вітрі. Заряджена нитка відштовхується від поверхні разом із кмітливою істотою. Цей винахід дозволяє павукам «з комфортом» подорожувати на десятки кілометрів. Чи реальні факти навела блогерка?
ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ
КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
1. Що називають електричним зарядом? 2. Назвіть одиницю електричного заряду. 3. Які роди зарядів існують? 4. Який рід заряду має ебонітова паличка, потерта об вовну? паличка зі скла, потерта об шовк? 5. Як взаємодіють тіла, що мають однойменні заряди? різнойменні заряди? 6. З яких частинок складається атом? 7. Які частинки входять до складу атомного ядра? 8. Яка частинка має найменший негативний заряд? найменший позитивний заряд? 9. Як ви розумієте твердження, що електричний заряд є дискретним? 10. У якому випадку електричний заряд системи тіл зберігається? Наведіть приклад.
ВПРАВА № 27
1. На рис. 1 зображено позитивно заряджене тіло й підвішені на нитках кульки 1 і 2, що мають заряди невідомих знаків. Визначте знаки зарядів кульок.
Рис. 1
2. На рис. 2 зображено так звані паперові султанчики, які заряджено стрижнями з різних речовин. Стрижні електризували тертям об папір. Для кожного випадку визначте знаки зарядів султанчиків.
Рис. 2
3. На тонкій шовковій нитці висить заряджена паперова кулька. Як, маючи ебонітову паличку та шматок вовни, визначити знак електричного заряду кульки?
4. У яких випадках ідеться про явище, що відбувається завдяки електромагнітній взаємодії, а в яких — гравітаційній?
- А Земля обертається навколо Сонця
- Б Волосся притягується до светра, коли ми його знімаємо
- В М’яч притягується до Землі
- Г Атом не розпадається на окремі частинки
5. Атом, ядро якого має 12 протонів, утратив 2 електрони. Скільки електронів залишилося в атомі?
6. Скільки надлишкових електронів має бути передано тілу, щоб воно отримало заряд, який дорівнює -1 Кл?
7. Скориставшись додатковими джерелами інформації або власним досвідом, наведіть декілька цікавих прикладів взаємодії заряджених тіл.
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ
Складіть план дослідження характеру взаємодії заряджених тіл. Як об’єкти для дослідження візьміть паперову та поліетиленову смужки розміром близько 4х15 см, поліетиленову смужку розміром 2x3 см, підвішену на нитці, пластмасову ручку. Проведіть відповідний експеримент.
Ключові терміни
Електризація • Електричний заряд • Закон збереження електричного заряду
ФІЗИКА І ТЕХНІКА В УКРАЇНІ
Харківський національний університет ім. В. Н. Каразіна (ХНУ), заснований у листопаді 1804 р., — один із найстаріших університетів Східної Європи. Історія ХНУ є невід'ємною частиною інтелектуальної, культурної та духовної історії нашої країни. З Харківським університетом пов'язані імена таких усесвітньо відомих науковців та просвітителів, як Π. П. Гулак-Артемовський, О. М. Ляпунов, Μ. І. Костомаров, Μ. П. Барабашов, Μ. М. Бекетов, Д. І. Багалій, А. М. Краснов, М. В. Остроградський, В. А. Стеклов, О. О. Потебня, О. В. Погорєлов та багато інших. Харківський університет — єдиний в Україні, де навчались або працювали три лауреати Нобелівської премії — біолог І. І. Мечников, фізик Л. Д. Ландау, економіст Саймон Кузнець.
