Какое явление положено в основу действия электрометра что показывает этот физический прибор
Какое явление положено в основу действия электрометра что показывает этот физический прибор
Электрометр позволяет определить, заряжено тело или нет. Для это необходимо поднести тело к шару(1), и в случае если тело заряжено стрелка отклонится. Почему же стрелка отклоняется? Предположим, что тело обладало отрицательным зарядом. Следовательно на теле был избыток электронов. При соприкосновении с шаром, часть электронов переместилась на электрометр. При этом шар стал отрицательно заряженным. Поскольку шар(1) соединен со стержнем(2), а тот в свою очередь со стрелкой(6), и все они являются проводниками, электроны переместились на стержень и стрелку. Пластмассовая пробка(4) необходима для изоляции системы шар, стержень, стрелка. В результате стержень и стрелка получили одноименный отрицательный заряд. Следовательно они будут отталкиваться и стрелка отклонится. Причем, чем больше заряд тем больше отклонение стрелки. Электрометр позволяет только оценить величину заряда, т.е. сказать у одного тела заряд больше, чем у другого. С помощью электрометра нельзя определить наличие маленького заряда, т.к. при малом заряде, силы отталкивания, одноименных зарядов, будет недостаточно для отклонения стрелки. Почему стрелка возвращается в исходное положение, при отсутствии заряда? Точка подвеса стрелки находится выше центра тяжести, поэтому стрелка будет стремится принять вертикальное положение. Если палочку с положительным зарядом убрать, то электрометр снова покажет нулевой заряд. Т.е. в результате взаимодействия электрического поля положительно заряженной палочки, внутри электрометра произошло перераспределение заряда и суммарный заряд остался исходным (равным нулю). ФизикаИменная карта банка для детей Закажи свою собственную карту банка и получи бонусы План урока: Электризация тел. Два рода электрических зарядов«Солнечным камнем» называли в Древней Греции янтарь – затвердевшую сосновую смолу. Греки очень любили изделия из янтаря за его блеск и солнечный цвет.
Давно превратилась в легенду история открытия способности янтаря после трения о что-нибудь притягивать к себе другие тела. Вот о чем она говорит: Природу этих явлений удалось объяснить только во второй половине двадцатого века, а сами явления, названные в честь янтаря электрическими, уже давно служили человеку. Электрических явлений очень много. Среди них, электризация – получение телом способности к притяжению после трения, касания или влияния. Электризация наблюдается не только у двух твердых тел. Это происходит, когда жидкость течет по металлу или разбрызгивается на множество капель при ударе о твердое тело. Зафиксированы случаи, когда в темное ночное время были не только слышны, но и видны сходящие снежные лавины. Их движение сопровождалось зеленоватым свечением. Н. Тенсинг, покоритель Гималаев, наблюдал интересное явление, происходящее с его палатками. Они были вставлены друг в друга для сохранения тепла. Во время сильного сухого ветра пространство между палатками заполнялось мелкими искрами. Происходила электризация обледеневших палаток. Тела, испытавшие на себе электризацию, называются наэлектризованными. Такие тела могут повлиять на состояние других тел таким образом, что те тоже становятся наэлектризованными. Объясняется это передачей электрического заряда от наэлектризованного тела нейтральному. Заряд характеризует величину наэлектризованности тел. Зарядов существует два вида: отрицательные и положительные. Это деление условное. За положительный принято считать заряд, полученный при натирании шелком стеклянного тела. Тот заряд, который получает эбонитовая палочка, потертая о шерсть или мех, получил статус отрицательного заряда. Некоторые тела электризуются, как стекло, и приобретают положительные заряды. Другие, как эбонит, при электризации получают отрицательные заряды. Наэлектризованные тела или заряды влияют друг на друга. Заряды одного знака отталкиваются, а разных знаков – притягиваются. Электроскоп и электрометр – это одно и то же?Внешний вид приборов тоже имеет отличия.
Электроскоп состоит из металлического корпуса, внутри которого металлический стержень. Сверху стержень выходит наружу. К нему можно прикрепить полый шар или плоскую пластину. Внизу к стержню прикреплены два тонких бумажных или металлических лепестка. Если коснуться стержня заряженным телом, лепестки разойдутся в разные стороны. Это происходит следующим образом. Металлы являются проводниками электрического заряда. Когда заряженное тело касается металлического стержня, заряд по нему проходит до лепестков. Но ведь этот заряд одного знака, значит, оба лепестка заряжаются одинаково, и происходит отталкивание.
Электрометр также имеет металлический корпус, металлический стержень, но в отличие от электроскопа на нижнем конце стержня нет лепестков. К средней части стержня крепится стрелка, а к корпусу небольшая шкала. Электрометр может показать не только наличие заряда. Он выполняет несложные измерения. Получается, что электроскоп и электрометр немного отличаются по своей конструкции и назначению. Передача (проведение) электричестваВсе ли вещества могут одинаково передавать электрический заряд? Ответ можно получить с помощью двух электрометров, металлического стержня и эбонитовой палочки. Стержень и палочка крепятся к пластмассовой ручке. Вещества, способные проводить электрические заряды, как в случае под буквой б, называются проводниками (металлы, кислотные, щелочные и солевые растворы). Вещества, с помощью которых нельзя передать заряды, называются диэлектриками (изоляторами). Хорошие диэлектрики – это резина, стекло, эбонит, фарфор, пластмассы, воздух и др. Делимость электрического заряда. ЭлектронВ эксперименте с электрометрами металлическим стержнем часть заряда переносится от одного электрометра на другой. Из опыта видно, что заряд делится. Если коснуться стержня второго электрометра рукой, то заряд с него снимется, и распределится по всему телу (человеческое тело является хорошим проводником электричества). Если снова соединить приборы стержнем из металла, оставшийся заряд опять разделится. При повторении тех же шагов заряд каждый раз будет делиться. Кажется, что этот процесс будет происходить до бесконечности. Заряды постепенно настолько уменьшаются, что электрометр уже не в состоянии их измерить. Уже очень точные опыты показали, что делить заряд до бесконечности нельзя, существует наименьший электрический заряд, который поделить уже нельзя. Называют его элементарным зарядом с абсолютной величиной e. Заряды измеряют в кулонах (Кл) в честь Шарля Кулона, французского физика. Элементарным электрическим зарядом с отрицательным знаком обладает частица электрон (греч. «еlectron» – «янтарь»). Электрическое полеМеханически действовать друг на друга тела могут лишь при касании (удар, толчок, соприкосновение). Подействовать первое тело на второе может с помощью посредника, третьего тела. Например, звучание музыкального инструмента барабанная перепонка уха воспринимает через посредника, которым является воздух. Для электрических зарядов ситуация другая. Они взаимодействуют без касания и без посредника. Взаимодействие это определяется электрическим полем, которое существует вокруг любого электрического заряда. Поле невидимо. Его наличие подтверждается приборами или действием на тела или заряды. Английский ученый Майкл Фарадей, введя понятие электрического поля, предложил его схематическое изображение с помощью линий со стрелками. Стрелки были названы силовыми линиями. Силовые линии поля отрицательного заряда направлены к заряду, у положительного – от заряда. При сближении двух зарядов на близкие расстояния электрические поля изображаются следующим образом: Силовые линии одноименных зарядов отталкиваются, разноименных – притягиваются. Как результат такого поведения полей, отталкивание или притяжение электрических зарядов. При попадании в электрическое поле тело или частица испытывает на себе действие некоторой силы. Это главное свойство электрического поля. Направление действия электрической силы зависит от знака заряда и расстояния от заряженного тела. Как тела электризуются?В восемнадцатом веке американский ученый Франклин (1706-1790) высказал предположение, что электричество – это особая невесомая жидкость, столь тонкая, что она пропитывает все тела. Электризация же, по его мнению, основана на том, что электричество переплывает с одного тела на другое. Эта теория не нашла поддержки, так как правильность ее не удалось подтвердить на опытах.
Известно, что молекулы вещества состоят из более мелких частиц – атомов. Объяснить, почему тела электризуются, удалось лишь после изучения строения атомов. Оказалось, что атомы представляют сложную систему элементарных частиц: Все эти мельчайшие частицы обладают элементарным зарядом. У протона заряд с плюсом, у нейтрона заряда нет, значит, ядро в сумме является положительно заряженным. В атоме электронов столько же, сколько и протонов. В результате атом в целом электрически нейтрален, то есть не имеет заряда. В обычных условиях вещества, состоящие из таких атомов, тоже электрически нейтральны. В результате трения часть электронов может переместиться с одного тела на другое. Это происходит на расстояниях, очень близких к межмолекулярным. Но, когда после трения тела разъединить, электроны, покинувшие свои атомы, оказываются на другом теле. Получается на одном теле не хватает электронов (недостаток), а на другом электронов стало больше (избыток). Там, где избыток, тело отрицательно заряжено. Там, где недостаток, тело заряжается положительно. Полезное и вредное действие электризацииЕсли подробно изучить и правильно использовать электризацию, то она может стать полезным физическим явлением. Существуют электрофильтры, которые применяются в дымовых трубах. Частицы сажи при трении о трубу электризуются и оседают на ее стенках. В воздух попадает уже меньшее количество вредных веществ. Чтобы покрасить автомобиль, его корпус заряжают положительно, а краску – отрицательно. Частицы краски друг от друга отталкиваются и одновременно притягиваются к деталям автомобиля, что способствует равномерному, плотному и тонкому окрашиванию. На хлебокомбинатах легче получить хорошо перемешанное тесто, если зарядить муку положительно, а воду – отрицательно, крупинки муки устремятся к каплям воды. В такой ситуации тесто превратится в однородную массу быстрее, что значительно увеличит производительность предприятия. Используется электризация при копчении рыбы. Тушки рыбы соединяют с отрицательно заряженными стержнями, а коптильный дым заряжают положительно. Дым прилипает к поверхности рыбы и проникает в нее. Электрокопчение происходит равномерно и быстро. Прокопченный слой придает продукту особый вкус и одновременно защищает рыбу от порчи. Электрофильтры, притягивающие к себе пыль, используют на крупных птицефабриках. Они очищают воздух от запыленности, что положительно сказывается на яйценоскости куриц и развитии молодняка. Электризация может принести и большой вред. В работающих типографских машинах от трения электризуется бумага, что может привести к ее воспламенению и пожару. Часто и в домашних принтерах при долгом печатании замечается слипание листов бумаги. Это тоже электризация. В текстильной промышленности страдают от электризации чесальные машины, подстригающие ворс специальные ножницы. Все это приводит к запутыванию нитей, их обрыву и, как результат, поломкам станков. При производстве резины электризуется каучук, проходящий между двумя вращающимися валами. Приближение к такому каучуку любого проводящего тела может вызвать искру и пожар. И, конечно же, человек испытывает на себе неприятные ощущения от электризации одежды, волос, синтетических покрывал и ковров. Это происходит чаще в зимнее время, когда воздух более сухой. При трении во время ходьбы по синтетическим покрытиям или снятии одежды электроны «не могут найти» капельки воды в воздухе и оседают на коже человека, электризуя ее. Вместо антистатических веществ, проведя влажной рукой по одежде, накопленные на ней заряды снимаются. Одежда перестает прилипать к телу. Другой причиной электризации является неправильное сочетание одежды. Разные ткани через трение друг о друга электризуются и передают заряды человеку. Реакция людей на эти явления различна, потому что у каждого человека электрическая проводимость тела индивидуальна. Кто-то не заметит электризации, а кого-то сильно тряхнет в момент возникновения зарядов. Проветривание комнат для увлажнения воздуха, грамотный подход к выбору одежды и уходу за ней повлияют на снижение проявлений электризации человеческого тела. Эффективно защищает от электризации заземление. Заряд уходит по проводнику в землю и распределяется в ней, предотвращая большие и малые неприятности. Материалы1. Органическое стекло – твердый, прозрачный синтетический материал, хорошо плавится, с пониженной хрупкостью. 2. Сургуч – легко плавящаяся и затвердевающая смесь, состоящая из твердой смолы, воска, мела, гипса. 3. Эбонит – черного или темно-коричневого цвета резина с высоким содержанием в своем составе серы (30-40%). Электроскоп, электрометр. Устройство, принцип работы электроскопа и электрометраЭлектроскоп («электро» – электрический, «скопио» – наблюдаю) — прибор для обнаружения электрических зарядов и приблизительного определения их величины. Заряженный электроскоп, в том числе, позволяет обнаружить, каким зарядом (положительным или отрицательным) наэлектризовано то или иное тело. В основу работы данного прибора положен тот факт, что одноименно заряженные тела отталкиваются. Устройство электроскопаЭлектроскоп, который мы собираемся рассмотреть, состоит из двух золотых листочков внутри корпуса (см. рисунок 1 ниже). Золотые листочки не имеют контакта с корпусом. Они висят на металлическом стержне в центре корпуса. Изолятор обеспечивает изоляцию металлического стержня (а значит, и двух золотых листочков) от корпуса. В этой конструкции оба золотых листочка подвижны. По отклонению листочков электроскопа можно определить также, увеличился или уменьшился его заряд. Чем больше угол, на который разойдутся листочки электроскопа при его электризации, тем сильнее он наэлектризован. Значит, тем больший электрический заряд на нём находится. В конструкции, которая очень похожа на эту (рисунок 1 — справа), подвижным является только металлическая стрелка, которая также связана с областью вне корпуса с помощью металлического стержня. Эта конструкция также называется стрелочным электроскопом. Если конструкция также имеет калиброванную шкалу, то весь прибор называется электрометром. Другими словами, электрометром можно назвать прибор, основной частью которого является легкая металлическая стрелка (чаще всего алюминиевая), которая может вращаться вокруг вертикальной оси. По углу отклонения стрелки электрометра можно судить о величине заряда, переданного стержню электрометра. Проградуированным прибором можно определять значения электрического заряда. Еще одна конструкция электроскопа описана в школьном учебнике по физике за 8 класc [1]:
Как работает электроскоп?Теперь вы знаете конструкцию электроскопа. Но как именно работает электроскоп? Для этого нам понадобятся знания о электростатической индукции и отталкивании одноименных электрических зарядов. Рассмотрим эти явления ниже. Электростатическая индукция (электризация через влияние). Чтобы объяснить суть электростатической индукции, представьте, что перед вами два металлических стержня (см. рисунок 2). Один из двух стержней не заряжен, а другой несет положительный заряд. Теперь мысленно возьмите в руку положительно заряженный металлический стержень. Что произойдет, если вы используете этот заряженный стержень, чтобы приблизиться к незаряженному металлическому стержню, не касаясь его? Положительные заряды в заряженном стержне притягивают отрицательные заряды и отталкивают положительные заряда в незаряженном стержне. Поскольку два металлических стержня не соприкасаются, никакие носители отрицательного заряда не могут «перескочить» с незаряженного стержня на заряженный. Это означает, что правый конец незаряженного стержня заряжен положительно, а левый — отрицательно, но в целом металлический стержень остается незаряженным. Этот тип переноса заряда называется электростатической индукцией. Закон Кулона. На данный момент не хватает только ответа на вопрос, почему одноименные заряды отталкиваются друг от друга и как эти два явления (электростатическая индукция и отталкивание одноименных зарядов) объясняют принцип работы электроскопа. Тот факт, что одноименные заряды отталкивают друг друга, был экспериментальным наблюдением. Шарль Огюстен де Кулон смог вывести математическую зависимость для силы, действующей между двумя зарядами на определенном расстоянии, путем эксперимента с вращающимися весами. Эта математическая зависимость называется законом Кулона (сила называется — силой Кулона). Как формулируется этот закон, — для данной статьи не важно. Важно лишь то, что одноименные заряды отталкиваются друг от друга. Как это все работает в электроскопе? Мы выше описали необходимые нам явления. Теперь давайте посмотрим, как они объясняют принцип работы электроскопа. Два золотых листочка соединены с «внешним миром (областью вне корпуса)» с помощью металлического стержня. В начале они не заряжены и висят вертикально вниз. Теперь возьмите предмет, который вы хотите проверить на наличие электрического заряда. Предположим, что объект электрически заряжен. Вы начинаете приближать его к металлическому стержню. Это приводит к смещению заряда внутри металлического стержня. Электростатическая индукция приводит к тому, что два золотых листочка имеют заряд одного и того же знака. В результате два листочка отталкиваются друг от друга, и вы, тем самым, успешно демонстрируете электрический заряд. Обратите внимание, что вы знаете только то, что объект электрически заряжен. Однако вы не можете утверждать, является ли он положительно или отрицательно заряженным. Возможно, вам интересно, как можно определить, является ли объект (тело) положительно или отрицательно заряженным. Для этого вы заряжаете электроскоп отрицательно (рисунок 5), например, через контакт, что приводит к некоторому отталкиванию золотых листочков друг от друга. Если теперь вы поднесете предмет близко к металлическому стержню, и золотые листочки будут отталкиваться друг от друга сильнее, то вы узнаете, что предмет заряжен отрицательно. С другой стороны, если отталкивание меньше, то объект заряжен положительно. Действие электрометра основано на отталкивании одноимённо заряженных тел. Если сообщить стержню электрический заряд любого знака — например, коснувшись сферы заряженной палочкой, то часть заряда через металлическую ось перейдёт со стержня на стрелку, вследствие чего стрелка начнёт отталкиваться от стержня и отклонится на некоторый угол. Типы электроскопов. Помимо электроскопа с золотыми листочками, существует множество различных конструкций. К ним относятся стрелочный электроскоп, двойной стрелочный электроскоп, электроскоп с фольгой, капиллярный электрометр. Хотя все конструкции звучат по-разному, основные принципы их работы схожи с теми, которые мы объяснили вам в этой статье. Тест по физике Электрические заряды и электрический ток 8 классТест по физике Электрические заряды и электрический ток для учащихся 8 класса с ответами. Тест состоит из 2 вариантов в каждом по 20 заданий. 1 вариант1. На рисунке схематично показаны три пары наэлектризованных шаров. В какой паре шары должны притянуться друг к другу? 2. На каком явлении основано действие электроскопа? Что он показывает? 1) На взаимодействии электрических зарядов; есть ли на теле заряд 3. Около положительно заряженных тяжелых шаров находятся наэлектризованные бумажные цилиндрики, взаимодействующие с ними так, как показано на рисунке. Как заряжен цилиндрик №1? Одинаковые ли знаки зарядов у цилиндриков №2 и №3? 1) Отрицательно; да 4. Какому из этих электроскопов сообщен наибольший электрический заряд? Какой из электроскопов не заряжен? 5. На каком из показанных на рисунке электроскопов был до касания их шаров наэлектризованными стержнями положительный заряд? Начальное положение листочков обозначено штриховыми линиями. 6. Какое из названных здесь веществ диэлектрик? 1) Раствор поваренной соли в воде 7. Как названа частица, которая обладает наименьшим (неделимым) отрицательным электрическим зарядом? 1) Диэлектриком 8. Из каких частиц, имеющих электрические заряды, построен атом? 1) Из положительно заряженного ядра и отрицательных электронов 9. Если в атоме 6 электронов, а в его ядре 7 нейтронов, то сколько в ядре протонов? 1) 7 10. В каком случае атом превращается в положительный ион? В каком — в отрицательный? 1) Если теряет электрон; если присоединяет к себе электрон 11. Какие вещества проводят электричество? 1) Те, атомы (молекулы) которых могут свободно перемещаться 12. Что представляет собой электрический ток? 1) Движение по проводнику заряженных частиц 13. Какое устройство создает в проводнике электрическое поле? 1) Источник тока 14. Какие два условия должны быть обязательно выполнены, чтобы в цепи существовал электрический ток? 1) Наличие в цепи источника тока и потребителей тока 15. Какое условное обозначение из приведенных на рисунке соответствует электролампе? 16. Какие приборы входят в состав электрической цепи, схема которой дана на рисунке? 1) Гальванический элемент, ключ, электроприбор 17. Какие и как движущиеся заряженные частицы образуют внутреннее строение металлов? 1) Колеблющиеся в узлах кристаллической решетки положительные ионы и свободно движущиеся среди них электроны 18. Упорядоченное движение каких заряженных частиц в электрическом поле принято за направление электрического тока? 1) Частиц с положительным зарядом 19. Какие действия производит электрический ток? 1) Химические и тепловые 20. В приведенных ниже примерах проявляются разные действия электрического тока. В каком случае используется магнитное действие тока? 1) Кипячение воды в электрическом чайнике 2 вариант1. Трем парам одинаковых бумажных цилиндриков сообщены заряды. В какой паре цилиндрики оттолкнутся друг от друга? 2. Слева висящие шарики наэлектризованы и взаимодействуют с правыми заряженными шариками так, как показано на рисунке. Какой из правых шаров заряжен положительно? 3. Какое явление положено в основу действия электрометра? Что показывает этот физический прибор? 1) Взаимодействие электрических зарядов; есть ли на теле, которым касаются его стержня, заряд и какова его относительная величина 4. Незаряженных электроскопов касаются наэлектризованными так, как показано на рисунке, палочками. Как оказался заряженным электроскоп №1? электроскоп №2? 1) №1 — отрицательно; №2 — положительно 5. Заряженных электроскопов (положение их листочков обозначено на рисунке пунктиром) касаются наэлектризованными палочками, в результате чего их листочки расположились иначе. Какой электроскоп был заряжен положительно? 6. Какое из этих веществ — проводник электричества? 1) Резина 7. В каких единицах измеряют электрический заряд? 1) Ваттах (Вт) 8. Какие частицы заключены в ядре атома? 1) Протоны и электроны 9. В атоме находится 19 частиц, причем протонов в его ядре 6. Сколько в нем электронов и нейтронов? 10. При наличии 8 протонов в ядре каждого из трех атомов одного и того же вещества оказалось, что в первом из них 9 электронов, во втором — 8, в третьем — 7 электронов. Какой атом стал отрицательным ионом? 1) Первый 11. Почему металлы — хорошие проводники электричества? 1) Потому что в узлах их кристаллических решеток расположены ионы 12. При каком условии в проводнике возникает электрический ток? 1) Если в нем создано электрическое поле 13. За счет какой энергии положительные и отрицательные заряды разделяются в гальваническом элементе? 1) Механической 14. Что такое схема электрической цепи? 1) Рисунок, на котором условно обозначены электроприборы 15. Укажите, каким из этих условных обозначений изображают замыкающее цепь устройство. 16. Электрическая цепь состоит из аккумулятора, звонка и ключа. Какая из представленных здесь схем ей соответствует? 17. Движение каких заряженных частиц образует электрический ток в металлах? в проводящих растворах? 1) Электронов; ионов 18. Чем вызван выбор в качестве направления электрического тока направление от положительного полюса источника тока к отрицательному, т.е. противоположное действительному перемещению заряженных частиц (электронов) в обычных (металлических) проводниках? 1) Историческим фактом: незнанием в то время, когда делался этот выбор, природы электрического тока 19. Какое действие электрического тока не проявляется в металлах? 1) Магнитное 20. Какой прибор предназначен для обнаружения в цепи электрического тока? Какое действие тока использовано в его устройстве? 1) Гальванический элемент; химическое Ответы на тест по физике Электрические заряды и электрический ток
|