§ 27. Электризация тел при соприкосновении. Взаимодействие заряженных тел

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ПОВСЕДНЕВНОЙ ЖИЗНИ И ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ

С электрическими явлениями каждый человек сталкивается ежедневно. Если в тёмной комнате снимать через голову шерстяной свитер или синтетическую кофту, можно услышать сухое потрескивание и увидеть крошечные искорки. При расчёсывании сухих волос пластмассовым гребнем волосы буквально тянутся вслед за расчёской и топорщатся во все стороны.

Впервые систематическое наблюдение этого удивительного явления приписывают древнегреческому учёному и философу Фалесу Милетскому (VI в. до н. э.). Древние греки заметили, что кусочек прозрачной золотистой окаменевшей смолы хвойных деревьев — янтарь, будучи натёртым о шерстяную ткань, приобретает способность притягивать к себе лёгкие предметы: соломинки, пушинки, обрывки папируса и нити.

По-гречески янтарь звучит как «электрон». Именно от этого древнего слова физик Уильям Гильберт и учёные последующих эпох образовали целый ряд фундаментальных научных терминов: электричество, электризация, электрический заряд, электрон, электродинамика.

ОПЫТЫ ПО ЭЛЕКТРИЗАЦИИ: ЭЛЕКТРИЗУЮТСЯ ОБА ТЕЛА

Чтобы понять физическую природу электрических явлений, обратимся к классическим опытам. Возьмём стеклянную палочку и потрём её о сухой лист бумаги или кусочек натурального шёлка. Если приблизить натёртую палочку к нарезанным мелким кусочкам бумаги, они мгновенно подпрыгнут и прилипнут к стеклу.

Аналогичным свойством обладает палочка из эбонита (вулканизированного каучука с высоким содержанием серы), оргстекла или пластмассы, если потереть её о шерстяную материю или натуральный мех.

Принципиальный вывод из опытов:

При трении электризуется не только натираемое тело, а всегда электризуются оба соприкасающихся тела. В этом легко убедиться на практике: если поднести к мелким бумажкам лист бумаги или лоскут шерсти, о которые натирали палочки, они точно так же будут активно притягивать кусочки бумаги к себе.

Само трение в этих опытах нужно лишь для того, чтобы увеличить площадь тесного соприкосновения поверхностей тел на микроскопическом уровне. Поэтому правильнее говорить об электризации тел при соприкосновении.

• Электризация — это физический процесс сообщения телу электрического заряда.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД И ЕДИНИЦЫ ЕГО ИЗМЕРЕНИЯ

Способность тел вступать во взаимное электрическое притяжение или отталкивание может быть выражена сильнее или слабее. Для количественного описания этого свойства в физике введена особая физическая величина:

• Электрический заряд (обозначается латинской буквой q) — это скалярная физическая величина, характеризующая способность тел или частиц вступать в электромагнитные взаимодействия.

В Международной системе единиц (СИ) электрический заряд измеряется в кулонах (Кл).

Единица названа в честь выдающегося французского физика и военного инженера Шарля Огюстена де Кулона (1763–1806), экспериментально исследовавшего закон взаимодействия электрических зарядов.

Заряд величиной в 1 Кл чрезвычайно велик. При обычных опытах по электризации трением в школьной лаборатории телам сообщаются ничтожные доли кулона — порядка миллиардных или миллионных долей (нанокулоны и микрокулоны).

ДВА РОДА ЗАРЯДОВ И ЗАКОН ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

Если наэлектризовать различные тела, выясняется, что они могут не только притягиваться, но и отталкиваться друг от друга. Поставим наглядные опыты:

1. Отталкивание одинаково заряженных тел: Потрём о мех две эбонитовые палочки. Одну из них подвесим на шёлковой нити в уравновешенном состоянии, а вторую поднесём к её концу. Подвешенная палочка немедленно повернётся в сторону, отталкиваясь от приближаемой. Точно так же будут отталкиваться друг от друга две стеклянные палочки, натёртые о шёлк.
2. Притяжение разноимённо заряженных тел: Поднесём к подвешенной эбонитовой палочке (потёртой о мех) стеклянную палочку, натёртую о шёлк. Наблюдается обратная картина — палочки будут активно притягиваться друг к другу.

Многочисленные эксперименты доказали, что в природе существует ровно два рода электрических зарядов:

• Положительный заряд (+): по общепринятому историческому соглашению положительным называют заряд, который возникает на стеклянной палочке, потёртой о натуральный шёлк (или сухую бумагу).
• Отрицательный заряд (-): отрицательным называют заряд, возникающий на эбонитовой палочке (а также янтарной, серной или резиновой), потёртой о натуральную шерсть или мех.

Любое другое наэлектризованное тело в природе ведёт себя либо как стеклянная палочка (отталкивает стекло и притягивает эбонит), либо как эбонитовая (отталкивает эбонит и притягивает стекло). Третьего вида зарядов в природе не существует!

Фундаментальное правило взаимодействия электрических зарядов:

• Одноимённые заряды взаимно отталкиваются (+ и +, либо - и -).
• Разноимённые заряды взаимно притягиваются (+ и -).

Сила взаимодействия зарядов тем больше, чем больше величина их электрических зарядов и чем ближе они расположены друг к другу.