Почему незаряженные частицы фольги притягиваются к заряженной расческе?

Оказывается, незаряженный кусочек фольги будет притягиваться к заряженной расческе. Как же так? В целом кусочек фольги электрически нейтрален. Давайте посмотрим, что произойдет, если мы поднесем отрицательно заряженную расческу к кусочку фольги – отрицательно заряженная расческа притягивает к себе положительный заряд и отталкивает отрицательный. Поэтому электроны отодвинутся дальше от границы, а сторона, которая находится ближе к расческе, будет заряжена положительно (см. рис. 16) и притяжение будет сильнее, чем отталкивание, потому что положительная часть фольги находится ближе к расческе.

Рис. 16. Расположение электронов в фольге при поднесении расчески

Закон сохранения электрического заряда

Так как основным принципом физики является принцип, по которому «ничто не исчезает бесследно», то выполняется закон сохранения электрического заряда: в электрически замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов неизменна. Электрически замкнутая система – это модель. Это такая система, которую не покидают и не пополняют электрические заряды.

Задача

Пылинка, имеющая положительный заряд , потеряла электрон. Каким стал заряд пылинки?

В задаче описано тело, теряющее заряд. По закону сохранения заряд не исчезает бесследно, в электрически замкнутой системе суммарный заряд не изменяется. Выберем, какую систему считать электрически замкнутой. Пылинку покидает электрон, поэтому саму пылинку считать электрически замкнутой нельзя. Замкнутой можно считать систему, в которую входит пылинка и электрон (см. рис. 17).

Рис. 17. Замкнутая система

По закону сохранения заряда заряд системы до потери пылинкой электрона равен заряду после потери. Запишем это: заряд пылинки был . После взаимодействия заряд системы состоит из нового заряда пылинки и заряда электрона и равен заряду системы до потери:

где – новый заряд пылинки. Заряд пылинки стал равен .

Рис. 18. Заряд системы до и после потери электрона

Ответ: заряд пылинки стал равен .

На этом наш урок окончен. Спасибо за внимание!

 

Данный урок расскажет об экспериментально полученном законе электростатического взаимодействия заряженных тел, об отличительных особенностях сил при таком взаимодействии, от чего зависят величины этих сил, а также о возникающей в связи с этим новой характеристике любой среды – диэлектрической проницаемости. В итоге материал данного урока окажется знакомством с новым типом фундаментальных взаимодействий тел в природе.

Опыт и выводы Кулона

Нам уже известно, что одноимённые заряды отталкиваются, а разноимённые притягиваются (говоря заряды, конечно же, подразумеваем заряженное тело). Однако каким образом может быть посчитана эта сила? Ответ на этот вопрос дал в 1785 г. французский учёный Шарль Кулон (рис. 1), выведя одноимённый закон.

Рис. 1. Шарль Огюст Кулон (Источник)

Закон Кулона является основной формулой электростатики.

Определение. Электростатика – раздел электродинамики, в котором рассматриваются взаимодействия неподвижных заряженных тел.

Каким же образом Кулон узнал, от чего и как зависит сила взаимодействия заряженных тел? Сделал он это с помощью так называемых крутильных весов (рис. 2):

 

Рис. 2. Крутильные весы (Источник)

На один конец коромысла он надевал заряженный им шарик, на другой – нейтральный шарик. Третий точно такой же шарик, также заряженный, он подносил к первому, естественно, приводя коромысло к повороту. Далее про проградуированной шкале он определял, на сколько провернулось коромысло, и таким образом находил величину силы (момент силы электрического взаимодействия равен моменту силы упругости кручения, которая пропорциональна углу поворота).

Для определения зависимости силы от величин зарядов Кулон сделал следующее: так как одинаковые шарики при соприкосновении обмениваются зарядами таким образом, что на обоих шариках заряд одинаков, он сначала разряжал один из шариков, а затем соединял их. Таким образом, Кулон мог наблюдать, насколько меняется сила взаимодействия при уменьшении заряда в два раза. И, конечно же, никакого труда не составляло изменять расстояние между зарядами.

В результате опытов был сформулирован закон Кулона.

Закон Кулона

Определение. Закон Кулона: сила взаимодействия двух заряженных тел (сила Кулона или Кулонова сила) прямо пропорциональна произведению модулей их зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами.

              

В дальнейшем закон приобрёл следующий свой окончательный вид:

Следует также помнить о некоторых границах применимости данной формулы. Формула позволяет найти силу взаимодействия в двух случаях: если взаимодействуют точечные заряды и если взаимодействуют заряженные «правильные тела». В первом случае заряженными телами являются материальные точки, во втором – сфера или шар. Во втором случае расстояние отмеряется между центрами тел (рис. 3):

Рис. 3

И, конечно же, стоит помнить, что все величины в формуле являются заведомо положительными, поэтому следует отдельно учитывать знаки зарядов и выбор системы отсчёта.

Не все величины, присутствующие в законе Кулона, нам на данный момент известны, поэтому следует их определить.