Фізика. 8 клас. Максимович

Розділ III. Електричне поле. Електричний струм

§ 15. Будова атома. Електризація тіл. Електричний заряд. Два роди електричних зарядів. Взаємодія заряджених тіл

Уявіть, що в зимовий вечір ви сидите біля каміна. Тихе потріскування полін, дрібні іскорки, які додають чарівності затишній атмосфері. Подібні іскорки можна побачити, коли знімаємо синтетичний одяг, розчісуємо волосся пластмасовим гребінцем, гладимо кота, торкаємося залізної дверної ручки, перед тим пройшовши по шерстяному килимку. Усі ці явища пов’язані з виділенням енергії, але джерела їх походження різні. Перші — це результат термічної реакції та горіння, а інші — ...?

Дізнайтеся про...

будову атома;
електризацію тіл;
електричний заряд;
два роди електричного заряду;
взаємодію заряджених тіл.

1. Екскурс в історію дослідження атома

Ґрунтовне вивчення електричних явищ почалося у XVIII ст., але ще філософи Давньої Греції спростовували уявлення про існування духів і намагалися пояснити такі явища законами природи. Учені стверджували, що всі тіла складаються з дрібних матеріальних неподільних частинок — атомів. Згідно з їхнім баченням, крім атомів і порожнечі, у якій атоми рухаються, нічого не існує. Усі явища природи можна пояснити рухом атомів. Слово «атом» грецького походження і означає «неподільний». Основоположник атомістичної теорії — Демокріт (460-370 рр. до н. е.).

Упродовж тривалого часу вчені, здійснюючи різноманітні дослідження, намагалися розгадати таємницю атома. У 1897 р. англійський фізик Джозеф-Джон Томсон припустив, що у складі атома містяться негативно заряджені «корпускули» (так він називав негативно заряджені частинки — електрони). На основі своїх досліджень учений у 1904 р. запропонував «пудингову» модель атома (модель атома Томсона). Згідно із цією моделлю, неподільний атом складається зі сфери, що рівномірно заряджена «позитивною електрикою». У цю сферу («пудинг») вкраплені електрони («родзинки»). Сумарний від’ємний електричний заряд електронів дорівнює позитивному заряду сфери, тому загалом атом є нейтральним.

На зміну «пудинговій» моделі прийшла планетарна модель атома, яку запропонував у 1911 р. британський фізик Ернест Резерфорд. Згідно із цією моделлю, атом складається з невеликого позитивно зарядженого ядра, де зосереджена майже вся маса атома, навколо якого рухаються електрони, подібно до того, як планети рухаються навколо Сонця. Планетарна модель атома відповідає сучасним уявленням про його будову. Але на цьому дослідження атома не закінчилися. У 1932 р. незалежно один від одного український фізик Дмитро Іваненко та німецький фізик Вернер Гейзенберг запропонували протонно-нейтронну модель ядра атома, згідно з якою до складу атомного ядра входять позитивно заряджені частинки — протони — та електрично нейтральні частинки — нейтрони. Кількість протонів у ядрі дорівнює кількості електронів, які рухаються навколо нього.

2. Електризація тіл

Перші відомості про електричні явища стали надбанням людства з появою праць грецького філософа Фалеса Мілетського. До досліджень цих явищ вченого підштовхнула донька, яка помітила, що до її бурштинового веретенця під час прядіння прилипають усілякі дрібні ниточки й легкі частинки сміття. Якщо їх зчищати, то вони знову стрімко летять до бурштину.

Проводячи експерименти з натирання шматка бурштину хутром, Фалес помітив, що камінь почав притягувати до себе дрібні й легкі предмети — став наелектризованим.

Електризація тіл — процес набуття макроскопічними тілами електричного заряду.

Унаслідок електризації тіла набувають властивості притягувати до себе інші тіла. Самі тіла називають наелектризованими, тобто такими, що мають електричний заряд.

Електричний заряд — фізична величина, що є мірою електричної взаємодії (притягання чи відштовхування) заряджених частинок.

Електричний заряд позначають символом q. Одиницею його вимірювання в системі СІ є кулон (Кл).

Тіла можна наелектризовувати різними способами: тертям, дотиком та через вплив.

Чому ж шматок бурштину під час дослідів Фалеса Мілетського став наелектризованим? Річ у тім, що через його тертя об хутро відбувалося перетікання частини електричного заряду з одного тіла на інше (тобто електрони від хутра переміщувалися до шматка бурштину), а не виникав новий заряд.

Було виявлено, що, крім бурштину, властивості притягувати легкі тіла під час тертя набувають і багато інших речовин (скло, сірка, смола тощо).

В електризації завжди беруть участь два тіла (мал. 15.1), електризуються при цьому обидва (шерсть собаки і щітка для розчісування).

Мал. 15.1. Електризація тертям

Поміркуйте і дайте відповідь

1. Розгляньте мал. 15.2. Що відбулося після тертя повітряної кульки об светр?

Мал. 15.2. Електризація тертям

3. Взаємодія заряджених тіл

Існує два роди електричних зарядів — позитивний і негативний. З’ясуємо, як вони взаємодіють між собою.

Розглянемо мал. 15.3. Дві повітряні кульки та светр не мають електричного заряду, тому що кількість позитивних і негативних частинок у кожного з них однакова (мал. 15.3, а). Після тертя двох кульок об светр вони набули додаткових негативних зарядів (мал. 15.3, б), бо електрони зі светра перемістилися на кульки. Відповідно на светрі виникла нестача електронів, тому він став позитивно зарядженим (мал. 15.3, б). Як бачимо, кулька жовтого кольору притягнулася до светра (мал. 15.3, в), але між собою кульки відштовхнулися (мал. 15.3, г). Чому?

Мал. 15.3. Електризація та взаємодія заряджених тіл

Тіла, які мають електричні заряди однакового знака (однойменно заряджені), взаємно відштовхуються. Тіла, що мають заряди протилежного знака (різнойменно заряджені), взаємно притягуються. Одне й те саме тіло під час електризації тертям може набувати зарядів різного знака залежно від тіла, з яким воно взаємодіє. На основі низки дослідів було складено трибоелектричний ряд речовин (мал. 15.4).

Мал. 15.4. Трибоелектричний ряд речовин

За цим рядом можна визначити знак носіїв набутого тілом електричного заряду залежно від того, з яким тілом воно контактує. Тіло з речовини, що розташована лівіше, набуває позитивного заряду, тіло з речовини, що правіше в ряді, — негативного.

Що далі одна від одної в цьому ряді речовини, то сильніше будуть проявлятися електричні властивості тіл після тертя. Одна й та сама речовина, яка контактує з речовинами, що розташовані лівіше або правіше, може накопичити позитивний або негативний заряд залежно від контактної речовини.

Поміркуйте і дайте відповідь

1. Скориставшись трибоелектричним рядом речовин, установіть знак заряду, який отримало кожне тіло після тертя.

Скляна паличка — шовкова тканина, ебонітова паличка — шерстяна тканина, шовкова тканина — ебонітова паличка, аркуш паперу — шерстяна тканина.

Запам'ятайте

Електризація тіл — процес набуття макроскопічними тілами електричного заряду.

Перевірте себе

1. Чи правильний вислів «Під час тертя виникають заряди»?
2. Притягуються чи відштовхуються дві скляні палички, потерті об шовк?
3. Як за допомогою дрібних клаптиків паперу у вигляді зірочок (мал. 15.5, а) переконатися, що волосся та гребінець наелектризовані? Яких зарядів набули ці тіла під час електризації?
4. Який знак заряду жовтої кульки (мал. 15.5, б, в)? З якої речовини могли бути виготовлені тіла, об які терли зелену кульку в обох випадках?