Фізика. Повторне видання. 8 клас. Барʼяхтар (2025)
§ 28. Електричне поле
ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. Згадайте, як поводилися клаптики паперу під час проведення дослідів з ебонітовою паличкою. Чи відчували вони наближення зарядженої палички ще до того, як вона їх торкалася? Чим спричинена така поведінка клаптиків паперу?
1. Як змусити повітряну кульку завмерти в неприродному положенні?
Об’єднайтеся в групи і проведіть дослідження.
ДОСЛІДЖЕННЯ
Що знадобиться: натерта графітом маленька повітряна кулька*, підвішена на шовковій нитці, ебонітова паличка, шматок вовняної тканини, аркуш паперу, пластина з оргскла.
Наелектризуйте ебонітову паличку і зарядіть за допомогою неї негативним зарядом кульку. Пластину з оргскла за допомогою аркуша паперу зарядіть позитивно. Повільно підносьте пластину до кульки, але не торкайтеся до неї. Піднявши пластину над кулькою, змусьте її завмерти в неприродному для неї положенні (див. рисунок). Сформулюйте гіпотезу щодо поведінки кульки.
* Дуже м’яким простим олівцем замалюйте клаптик паперу і натріть цим клаптиком кульку.
Наелектризована пластина викликає певні зміни в просторі навколо себе. А саме: стан простору змінюється таким чином, що на заряджену кульку починає діяти деяка сила. У цьому випадку кажуть, що в просторі існує електричне поле.
Електричне поле — це особлива форма матерії, що існує навколо заряджених тіл або частинок і діє з деякою силою на інші тіла або частинки, які мають електричний заряд.
Коли заряджена кулька потрапляє в електричне поле наелектризованої пластини, це поле починає діяти на кульку з деякою силою, в результаті чого кулька відхиляється від початкового положення (рис. 28.1).
Слід мати на увазі, що не тільки заряджена пластина своїм електричним полем діє на заряджену кульку, — кулька своїм електричним полем теж діє на пластину.
• Поясніть, чому пластина при цьому не відхиляється.
2. Які властивості й характеристики має електричне поле?
Проведемо дослід, скориставшись металевою сферою, розташованою на пластмасовій підставці. Зарядимо сферу позитивним зарядом (рис. 28.2). Простір навколо сфери зміниться — біля неї існуватиме електричне поле. Будемо вивчати це поле за допомогою індикатора — натертої графітом повітряної кульки, зарядженої позитивно (рис. 28.3).
Рис. 28.2. Під час дотику до сфери позитивно зарядженої палички сфера набуває позитивного заряду
Рис. 28.3. Дослідження електричного поля зарядженої сфери: електричне поле сфери діє на заряджену кульку в будь-якій точці поблизу сфери; зі збільшенням відстані від сфери сила, що діє на кульку з боку електричного поля сфери, зменшується
Дослід продемонструє, що, по-перше, електричне поле є матеріальним і існує в будь-якій точці простору, що оточує заряд (заряджену сферу); по-друге, з віддаленням від заряду поле стає слабшим.
Силовою характеристикою електричного поля є напруженість.
Напруженість електричного поля в даній точці — фізична величина, яка характеризує електричне поле й дорівнює відношенню сили, з якою поле діє на заряд, поміщений у цю точку поля, до значення цього заряду:
Одиниця напруженості електричного поля в СІ — ньютон на кулон:
За напрямок напруженості беруть напрямок сили, яка діяла б на позитивний заряд, якби він був поміщений у цю точку поля (рис. 28.4).
ЧИ ЗНАЄТЕ ВИ, ЩО...
Робота більшості сучасних принтерів — один із них показаний на заставці до § 28 — ґрунтується на явищі електризації. На першій стадії друку лазер формує на циліндрі, що має негативний заряд, ділянки з різними зарядами. Відповідно до сканованого зображення лазер освітлює ділянки, які мають стати чорного кольору. Ці ділянки розряджаються.
На другій стадії на циліндр подається тонер (чорна фарба у вигляді порошку), який теж заряджений негативно. Тому він прилипає тільки до незаряджених ділянок. Заготовка для друку створена. На третій стадії залишається прокотити підготовлений циліндр позитивно зарядженим папером. Тонер, і відповідно й зображення, переноситься з циліндра на папір. І тільки остання стадія не має відношення до електризації — це нагрівання, під час якого тонер «зварюється» з папером.
Ми можемо також стверджувати, що електричне поле має енергію, адже через роботу поля кулька набуває руху, відхиляючись на деякий кут.
Ми виявили не всі властивості електричного поля. Детальніше про нього ви дізнаєтеся в старших класах, а поки що звернемо увагу: електричне поле може існувати будь-де, навіть у вакуумі.
• Запропонуйте інші індикатори для вивчення електричного поля.
3. Як візуалізувати електричне поле?
Коли ви хочете якнайкраще розповісти про місто, в якому побували, або про нових друзів, то що ви, скоріш за все, зробите? Напевно, покажете фотографії.
На жаль, електричне поле сфотографувати неможливо. Англійський фізик Майкл Фарадей запропонував зображувати електричне поле графічно за допомогою силових ліній і таким чином візуалізувати його.
Силові лінії електричного поля — це умовні лінії, дотичні до яких у кожній точці збігаються з напрямком напруженості електричного поля.
За напрямком силових ліній можна визначити напрямок, у якому електричне поле діє на електричний заряд. Щільність силових ліній на рисунку показує, наскільки сильним є електричне поле: чим більше напруженість електричного поля, тим щільніше розташовані лінії.
• Спробуйте визначити, куди буде напрямлена напруженість електричного поля в точці В (рис. 28.5), і дізнатися, в якій точці (А або В) електричне поле є сильнішим.
Рис. 28.5. Картина силових ліній електричного поля, створеного системою двох однакових за модулем різнойменних зарядів (+q і -q)
У загальному випадку лінії електричного поля є кривими, але можуть бути й прямими. Наприклад, силові лінії електричного поля рівномірно зарядженої кульки, віддаленої від інших заряджених тіл, — прямі лінії (рис. 28.6, а, б). Прямими є і силові лінії електричного поля між двома паралельними пластинами, які мають однакові за значенням і протилежні за знаками заряди (рис. 28.6, в).
Рис. 28.6. Картини силових ліній електричних полів, створених: а — негативно зарядженою кулькою; б — позитивно зарядженою кулькою; в — системою двох паралельних пластин, заряди яких однакові за модулем і протилежні за знаком; г — системою двох кульок, що мають однакові позитивні заряди
Зверніть увагу: силові лінії електричного поля починаються на позитивному заряді й закінчуються на негативному (див., наприклад, рис. 28.5, 28.6).
ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ
КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
1. Як експериментально довести, що тіла, які мають електричний заряд, взаємодіють навіть на відстані? 2. Що таке електричне поле? 3. Як визначити, чи існує в певній точці простору електричне поле? 4. Назвіть основні властивості електричного поля. 5. Що називають силовою характеристикою електричного поля? 6. Дайте означення силових ліній електричного поля. 7. Який вигляд має картина силових ліній електричного поля позитивно зарядженої сфери? негативно зарядженої сфери?
ВПРАВА № 28
1. На рис. 1 зображено силові лінії електричного поля між двома парами заряджених пластин. Електричне поле між якими пластинами є більш інтенсивним? Визначте знак заряду кожної пластини. 2. На рис. 2 зображено лінії електричних полів, створених двома різними за модулем зарядами. Для кожного випадку визначте: 1) напрямок силових ліній; 2) який заряд більший за модулем; 3) напрямок сили, яка діє на позитивний заряд, розташований у точці А; у точці В.
Рис. 1
Рис. 2
3. Чи здатні органи чуття людини сприймати електричне поле?
4. Чому дорівнює напруженість електричного поля в даній точці, якщо на заряд 40 нКл воно діє із силою 100 мН?
5. Між двома різнойменно зарядженими пластинами зависла негативно заряджена крапелька олії масою 3,2 мг (рис. 3). Визначте напрямок і значення сили, яка діє на крапельку з боку електричного поля пластин, а також знак заряду кожної пластини.
Рис. 3
6. Визначте силу натягу нитки (див. рис. 28.1), якщо електричне поле діє на кульку із силою 56 мН, об’єм кульки — 4 см3, середня густина — 0,6 г/см3.
7. Дізнайтеся, чи впливає електричне поле на організм людини.
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ
«Летюча вата». Приготуйте розпушений шматочок вати діаметром не більш ніж 1 см і помістіть його на наелектризовану пластмасову лінійку. Різко струснувши лінійку, доможіться, щоб шматочок почав «плавати» над нею в повітрі. Поясніть спостережуване явище. Виконайте рисунок, на якому зазначте сили, що діють на вату.
Ключові терміни
Електричне поле • Напруженість електричного поля • Силові лінії електричного поля
