Перенос электрического заряда. Электризация трением

Если заряженное тело соприкоснется с нейтральным телом из проводящего вещества, то часть электрического заряда перейдет с заряженного тела на незаряженное. При этом величина заряда заряженного тела уменьшится, а нейтральное тело зарядится. Посмотрим, как происходит перенос заряда

1. с отрицательно заряженного тела на нейтральное тело,
2. с положительно заряженного тела на нейтральное тело.

Два одинаковых размеров тела из проводящего вещества находятся рядом. Тело A заряжено отрицательно, тело B не заряжено. У отрицательно заряженного тела электронов больше, чем протонов. На эти т. н. избыточные электроны действуют силы отталкивания. Если соединить тела металлическим стержнем, у электронов появится возможность уйти с заряженного тела. Электроны и начнут под действием электрической силы перемещаться по металлическому стержню с заряженного тела на незаряженное.

При соединении отрицательно заряженного тела с нейтральным телом электроны переходят с отрицательно заряженного тела на нейтральное.

В результате количество «избыточных» электронов в теле А уменьшится, уменьшится и электрический заряд тела. Тело В за счет полученных электронов приобретет отрицательный заряд и тоже начнет оказывать действие на движущиеся по металлическому стержню электроны. Теперь на электроны, движущиеся по металлическому стержню, действуют противоположно направленные электрические силы. Чем больший заряд получает тело В, тем бóльшие электрические силы действуют с его стороны на движущиеся по стержню электроны. Когда заряды тел станут равными по величине, действующие на электроны со стороны тел А и В электрические силы уравновесят друг друга, и движение электронов от тела А к телу В, т. е. перенос электрического заряда, прекратится.

Переход электронов с тела A на тело B заканчивается, когда действующие со стороны этих заряженных тел электрические силы уравновесят друг друга.

Пусть тело А заряжено положительно, а тело В не заряжено. У положительно заряженного тела электронов меньше, чем протонов. Поэтому положительно заряженное тело готово принять электроны. Если тела соединить, электроны под действием сил притяжения начнут перемещаться с нейтрального тела В на положительно заряженное тело А.

При соединении положительно заряженного тела с нейтральным телом электроны переходят с нейт­рального тела на положительно заряженное.

Вследствие потери электронов в теле В возникнет их недостаток, и тело приобретет положительный заряд. При этом величина положительного заряда тела А за счет прибывших электронов уменьшится. Поскольку оба тела обладают теперь зарядом одинакового знака, на движущиеся по металлическому стержню электроны действуют противоположно направленные электрические силы. Движение электронов от тела В к телу А прекратится, когда электрические силы, действующие со стороны тел А и В на движущиеся по металлическому стержню электроны, уравновесят друг друга.

Переход элект­ронов с тела B на тело A заканчивается, когда действующие со стороны этих заряженных тел электрические силы уравновесят друг друга.

В обоих описанных случаях величина электрического заряда заряженного тела уменьшается, а соприкасающееся с ним нейтральное тело при этом заряжается. Количество электронов при переносе электрического заряда не изменяется, просто часть электронов переходит от одного тела к другому.

При трении соприкасаются тела из разных веществ. При соприкосновении разные вещества могут либо отдавать, либо получать электроны. Если контакт между телами достаточно плотный, часть электронов переносится с одного тела на другое. Тело, которое отдает электроны, приобретает положительный заряд. Тело, которое получает электроны, приобретает отрицательный заряд. Если тела после соприкосновения разъединить, у них будут равные по величине и противоположные по знаку заряды, потому что число электронов, ушедших от одного тела, равно числу электронов, перешедших к другому телу.

При тесном соприкосновении двух тел из разных веществ электроны переходят от одного тела к другому. Если тела разъединить, то у них останутся одинаковые по величине, но противоположные по знаку заряды.

Хотя тела и можно очень плотно прижать друг к другу, нужный для перехода электронов тесный контакт возникает только между некоторыми отдельными частями поверхностей. Это обусловлено тем, что поверхности тел никогда не бывают абсолютно гладкими и электроны, переходящие с одного тела на другое, могут преодолеть только расстояние, соответствующее расстоянию между атомами вещества (10^–10 м). Если же тела потереть, то бугорки одного тела попадают во впадины другого и площадь соприкосновения, где электроны могут переходить с одного тела на другое, увеличивается. Чем больше площадь тесного соприкосновения тел, тем больше возможность перехода электронов и тем больший электрический заряд могут приобретать тела. Поэтому для электризации тел их натирают.

Обычно хорошо электризуются трением тела из непроводящего вещества. У тел из диэлектриков электрический заряд остается именно в том месте, где тела тесно соприкасались.

Тела из проводящего вещества при соприкосновении тоже электризуются. Но поскольку в проводниках заряженные частицы перемещаются свободно, то при разъединении тел избыточные электроны с одного тела через последние точки соприкосновения возвращаются в другое тело, где их в данный момент недостает. Это значит, что наэлектризованные при соприкосновении тела из проводящего вещества после разъединения снова становятся электрически нейтральными. Если же тело из проводящего вещества потереть телом из непроводящего вещества, то можно наэлектризовать и проводник.

Тела электризуются трением, потому что некоторое количество электронов при этом переходит от одного тела к другому. Электризация тел происходит путем перераспределения электронов между телами, которые изначально были нейтральными. В процессе электризации тела заряженных частиц не возникает, и они не пропадают. Суммарный заряд тел, приобретших при электризации трением положительный и отрицательный электрический заряд, равен нулю, как это и было до электризации тел.

1. Электроскоп А имеет положительный заряд, электроскоп В – в два раза меньший отрицательный заряд. Какие по величине и знаку заряды будут иметь электроскопы, если их соединить проводником?
2. Два электроскопа имеют разноименные электрические заряды разной величины q₁ и q₂. Электроскопы соединяют между собой проводником. Какой величины и какого знака заряды будут иметь электроскопы после их соединения?
3. Одной шелковой тряпочкой одновременно трут две стеклянные палочки. Электризуются ли при этом все три тела? Как распределяется заряд между стеклянными палочками и кусочком шелка?
4. В каком случае электроскоп получит больший заряд: если к стержню электроскопа только прикоснуться заряженной стеклянной палочкой, или если несколько раз провести заряженной стеклянной палочкой по стержню вниз-вверх, постоянно поворачивая при этом палочку? Объясни явление.
5. Сравни теорию электричества Бенджамина Франклина с современным представлением об электрических явлениях. Что в них общего, и чем они отличаются?