§ 33. ЭЛЕКТРИЗАЦИЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЗАРЯДЫ.

Далеко не все явления, свидетелями которых мы являемся, можно объяснить с помощью законов механики, молекулярной физики и термодинамики. Например, что такое молния и свет? Или, как устроены и работают телефон, радио и телевизор?  Ответить на эти и многие другие вопросы помогают законы электродинамики – раздела физики, изучающего взаимодействие между электрически заряженными телами и частицами.

Слово «электричество» происходит от греческого слова «электрон», что в переводе на русский означает «янтарь». «В янтаре, - писал древнегреческий мыслитель Плутарх, - содержится огненная и бестелесная сила, которая выходит из него скрытыми путями, если потереть поверхность янтаря, и производит то же действие, что и магнитный камень». Теперь мы знаем, что трение и даже простое соприкосновение двух тел приводит к их электризации, и между этими телами начинают действовать электрические силы. В этом легко убедиться, если, например, провести несколько раз расчёской по сухим волосам, а потом медленно приблизить её к тем же волосам. Когда расстояние между расчёской и волосами станет достаточно малым, они начнут двигаться, притягиваясь к ней. Прикоснувшись к расчёске, волосы возвращаются на место.

Возникновение электрических сил, действующих между наэлектризованными телами, объясняют тем, что в этих телах находятся электрические заряды, и поэтому такие тела называют заряженными. Раздел электродинамики, в котором рассматривают взаимодействие между покоящимися электрически заряженными телами, называют электростатикой.

Опыты показали, что существуют два типа электрических зарядов. Заряд, которым заряжается янтарь при трении о шерсть, называют отрицательным, а заряд, обретаемый при этом шерстью, - положительным. При трении стекла о хлопчатобумажную ткань стекло заряжается положительно, а ткань - отрицательно. Взаимная электризация тел всегда сопровождается тем, что одно из тел заряжается отрицательным зарядом, а другое положительным, после чего тела начинают притягиваться друг к другу. Таким образом, отрицательный и положительный заряды, называемые разноимёнными, притягиваются.

Тела, заряженные зарядом одного и того же знака (одноимённые), отталкиваются друг от друга. В этом можно убедиться, если воспользоваться электроскопом – устройством, работа которого основана на отталкивании одноимённо заряженных тел. Электроскоп состоит из стеклянной колбы и металлического стержня, укреплённого в её пробке (см. рис. 33а). К нижнему концу стержня прикреплены две тонкие полоски (листики) из лёгкого металла (алюминия). Если коснуться стержня электроскопа заряженным телом, например, натёртой о ткань стеклянной палочкой, то мы увидим, что листики отклонятся на некоторый угол от вертикали (см. рис. 33б). Это можно объяснить только тем, что одноимённые заряды, оказавшиеся на разных металлических листиках отталкиваются друг от друга. Если ещё раз коснуться стержня электроскопа стеклянной палочкой, то угол между алюминиевыми листиками увеличится (см. рис. 33в), а это значит, что их заряд увеличился тоже. Таким образом, электрический заряд имеет не только знак – положительный или отрицательный, но и величину, и может быть больше или меньше.

Причина электризации тел кроется в строении вещества. Известно, что любой атом состоит из ядра и электронов. Протоны, элементарные частицы, входящие в состав атомного ядра, имеют положительный электрический заряд, а электроны, элементарные частицы, образующие оболочку атома, - отрицательный. Таким образом, протон и электрон имеют разноимённые заряды, но абсолютная их величина (модуль) одинакова и называется элементарным зарядом. Тела или частицы с меньшим зарядом, чем элементарный, не существуют.

В обычных условиях атом любого вещества содержит равное число протонов и электронов, и поэтому суммарный заряд атома равен нулю. Однако при некоторых условиях атомы могут терять один или нескольких электронов. Такие атомы, обладающие положительным зарядом, называют положительными ионами. Наоборот, атомы, обладающие лишними электронами, и поэтому имеющие отрицательный заряд, называют отрицательными ионами. Соприкасающиеся тела электризуются, когда с одного из них на другое переходят электроны или ионы. Таким образом, при электризации одно тело заряжается положительно, а второе – отрицательно, но при этом модуль зарядов, полученных при электризации, одинаков.

Экспериментально установлено, что электрический заряд замкнутой системы остаётся постоянным. Это заключение называют законом сохранения электрического заряда.  

Вопросы для повторения:

·        Что такое электродинамика и электростатика?

·        Каков механизм электризации тел?

 

Рис. 33. Электроскоп, незаряженный (а) и заряженный (б, в).