Электроскоп. Проводники и диэлектрики

Имеется у тела элект­рический заряд или нет, можно установить при помощи простого самодельного устройства. К острию подвешенного на нити большого железного гвоздя прикреплены пластилином две одинакового размера узкие полоски тонкой бумаги. Полоски висят параллельно друг другу. Если коснуться гвоздя заряженным телом, то часть заряда перейдет на гвоздь, а с него на бумажные полоски. Полоски получат одноименный электрический заряд и оттолкнутся друг от друга. Если передать гвоздю дополнительный заряд, то полоски бумаги отклонятся еще дальше. Чем больший электрический заряд подан на установку, тем больше отклоняются от вертикали бумажные полоски.

Бумажные полоски отталки­ваются, так как у них одноименные заряды.

По такому же принципу работает электроскоп – прибор, при помощи которого можно определить, заряжено тело или нет. Работа электроскопа основана на отталкивании одноименно заряженных тел. Передняя и задняя стенки металлического корпуса электроскопа стеклянные. Внутри корпуса помещен металлический стержень со стрелкой. Центр стрелки закреплен на стержне так, что стрелка может свободно поворачиваться относительно стрежня. Металлический стержень изолирован от корпуса электроскопа пластмассовой пробкой.

Электроскоп.

Электроскоп заряжается, если заряженным телом коснуться его стержня. Так как стержень и стрелка приобрели одноименный электрический заряд, то концы стрелки отталкиваются от стержня. Чем больше элект­рический заряд электроскопа, тем больше отклоняется стрелка. Чтобы легче было следить за отклонением стрелки, на корпусе электроскопа нанесены деления.

Концы стрелки электро­с­копа отталкиваются от стержня, так как у стрелки и у стержня одноименные заряды.

Как известно, электрический заряд может переноситься с одного тела на другое. Существенно ли при передаче заряда то, из какого вещества эти тела?

Это легко выяснить с помощью опыта. Поставим рядом заряженный и незаряженный электроскопы. Если их соединить металли­ческим стержнем, то стрелка второго электроскопа тоже отклонится, а отклонение стрелки изначально заряженного электроскопа уменьшится. Опыт показывает, что часть электрического заряда передалась через металлический стержень от заряженного электроскопа к незаряженному.

Через металлический стержень часть электрического заряда переносится с заряженного электроскопа на незаряженный.

Если же заряженный и незаряженный электроскопы соединить, например, пластмассовой линейкой, то стрелка второго электроскопа не отклонится, т. е. второй электроскоп заряда не получит. Через пластмассовую линейку электрический заряд с одного электроскопа на другой не переносится.

Через пластмассовую линейку заряд не передается.

Вещества и их смеси делятся на проводники и непроводники, или диэлектрики.

Электрическим проводником называется вещество или смесь веществ, по которым электрический заряд может переноситься с одного тела на другое. Проводниками являются все металлы и водные растворы кислот, солей и щелочей. Земля и тело человека тоже проводники.

Диэлектриками (непроводниками или изоляторами) называются вещества или смеси веществ, по которым электрический заряд не переносится с одного тела на другое. Диэлектриками являются янтарь, стекло, кварц, мрамор, резина, эбонит (резина с высоким содержанием серы), шелк, пластмассы, керосин, очищенная (дистиллированная) вода, воздух и др.

Если дотронуться рукой до металлического стрежня заряженного электроскопа, электроскоп потеряет заряд. Электрический заряд перейдет от электроскопа к человеку. Заряженный электроскоп разрядится и в том случае, если его стержень соединить проволокой с землей. Соединение заряженного тела с землей при помощи электрического проводника называется заземлением.

Величина электрического заряда, передаваемого от заряженного тела к незаряженному, зависит от размеров тел. При соединении тел большее по размеру тело получает больший заряд. Поэтому когда человек касается стрежня заряженного электроскопа, к нему переходит бóльшая часть заряда электроскопа. У электроскопа остается настолько маленький электрический заряд, что под его действием стрелка уже не отклоняется. При соединении заряженного электроскопа с землей практически весь заряд электроскопа переходит к земле.

Пусть у одинаковых электроскопов имеются одноименные электрические заряды различной величины. В этом случае стрелки электроскопов отклоняются по-разному. Если соединить электроскопы проводником, их стрелки примут одинаковое положение. При этом наклон стрелки одного электроскопа уменьшится, а стрелки другого – увеличится.

При соединении одноименно заряженных электроскопов заряд распределяется между ними поровну.

Следовательно, часть заряда электроскопа с бóльшим зарядом перейдет к электроскопу с меньшим зарядом, и после переноса электрического заряда заряды обоих устройств станут одинаковой величины. При соединении одноименно заряженных электроскопов заряд распределяется между ними поровну.

Пусть теперь у двух электроскопов имеются разноименные заряды одинаковой величины. Если соединить электроскопы проводником, оба устройства потеряют свой заряд.

Разноименные электрические заряды одинаковой величины нейтрализуют друг друга.

Следовательно, при соединении тел с разноименными электрическими зарядами одинаковой величины эти заряды компенсируют, т. е. нейт­рализуют друг друга, и тела теряют электрический заряд.

При трении хорошо электризуются тела из диэлектриков, так как с этих тел заряд не может переноситься на другие тела. Электризуются, например, рабочие поверхности и полы с пластиковым покрытием, содержащие искусст­венное волокно ткани, пенопласт, бумага, древесина, многие движущиеся жидкости и т. д. Поскольку тела из диэлектриков не передают электрический заряд другим телам, то со временем на поверхности тел из диэлектриков может накопиться очень большой электрический заряд. Электризации способствует сухой и теплый воздух вокруг заряженного тела. Так как человеческое тело – проводник, то, коснувшись поверхности заряженного тела, человек может получить электрический удар.

При соприкосновении с диэлектриком человек тоже может получить электрический заряд. Одежда человека может заряжаться, когда трется друг о друга, человек может получить электрический заряд при ходьбе по пластиковому полу и по ковру, а также в том случае, если его работа связана, например, с бумагой, тканью, древесиной или движением жидкости. Человек, несущий электрический заряд, может получить электрический удар, если коснется предмета из вещества, проводящего электричество, или заземленного предмета.

Чтобы избежать накопления заряда на поверхности предметов, они заземляются. На некоторых рабочих местах могут заземляться также человек и его одежда. Через заземляющий проводник образующийся электрический заряд уходит в землю, и люди и предметы не электризуются.

1. Почему расческа электризуется, если ею причесывать сухие волосы, и не электризуется – если мокрые?

2. Почему используемые в опытах с электричеством шары и трубочки изготовлены из металла?

3. Почему используемые в опытах с электричеством легкие металлические трубочки подвешиваются на шелковой или капроновой нити?

4. Почему стержень электроскопа изготавливается из металла?

5. Почему стержень электроскопа изолируется от корпуса пластмассовой пробкой?

6. Почему заряженный электроскоп теряет заряд, если прикоснуться к его стержню пальцем?

1. Как можно уменьшить заряд электроскопа на одну четвертую первоначальной величины? Какое оборудование для этого нужно?
2. Положительно заряженным телом коснулись стержня электроскопа. Электроскоп получил заряд, и его стрелка отклонилась. Что произойдет, если
   1. снова прикоснуться к стержню положительно заряженным телом?
   2. прикоснуться к стержню положительно заряженного электроскопа отрицательно заряженным телом?
3. На капроновой нити висит легкая металлическая трубочка. Как без применения оборудования для опытов убедиться, заряжена трубочка или нет?

Сделай простой электроскоп из гвоздя и бумажных полосок. Проверь, работает ли он.

1. Потри различные тела и убедись с помощью изготовленного тобой электроскопа, заряжены они или нет. Опиши свои действия.
2. Удостоверься на опыте с помощью сделанного тобой электроскопа, что при трении электризуются оба тела. Опиши свои действия.
3. Заряди изготовленный тобой электроскоп и исследуй, какие из перечисленных предметов сделаны из проводящего заряд вещества, а какие – из диэлектрика: деревянная линейка, канцелярская скрепка, расческа, стержень шариковой ручки, ключ, грифель карандаша, лист бумаги, стирательная резинка. Опиши свои действия.
4. Используя изготовленный тобой электроскоп, исследуй, можно ли трением наэлектризовать большой гвоздь или металлическую палочку. Что нужно сделать, чтобы это удалось?