3.1.1. Електризація через тертя
Розглянемо електризацію від дотику (тертя) різнорідних тіл, наприклад, скла і шовку. Під час контакту різнорідних речовин невелика частина електронів атомів однієї з речовин (тієї, де зв’язок електронів з атомом відносно слабкий) переходить у іншу речовину. Тіло з надлишком електронів заряджається негативно (шовк), з недостачею (скло) – позитивно (рис. 3.1).
Рис. 3.1. Електризація через тертя
3.1. Електризація через вплив
Провідник вноситься в електричне поле і на короткий час заземлюється (достатньо дотику руки). За цього залежно від напрямку ліній напруженості електричне поле або виштовхує із провідника в Землю, або притягує із Землі в провідник вільні електрони. Провідник виявляється зарядженим різнойменно з тілом, яке утворює електричне поле (рис. 3.2).
Рис. 3.2. Електризація через вплив
3.1.3. Електризація під дією
Розглянемо електризацію провідників через дотик до наелектризованого тіла (рис. 3.3). У дотику провідника до негативно зарядженого тіла частина вільних електронів під впливом електричного поля переходить на провідник. Під час дотику до позитивно зарядженого тіла частина вільних електронів залишає провідник. За цього провідник електризується, а наелектризоване тіло частково розряджається.
Рис. 3.3. Електризація під дією
Рис. 3.4. Генератор Ван де Граафа і Фігури Ліхтенберга
Електростатичний генератор ван де Граафа — прискорювач заряджених частинок, генератор високої напруги (рис. 3.4).
Для створення високої постійної напруги в генераторі ван де Граафа використовуються електризація тертям. Таким методом можна досягнути напруги до кількох мегавольт. Значення напруги обмежене виникненням коронного розряду між сферичними електродами.
Зважаючи на невелике прискорення, електростатичний генератор дозволяє досліджувати тільки низькоенергетичні ядерні реакції. Однак, він знайшов широке прикладне використання у фізиці твердого тіла, як прилад, що дозволяє вивчати приповерхневі шари речовини, проводити йонну імплантацію тощо.
3.2. Електричне поле Актуалізація опорного рівня обізнаності:
1 (РГ). Розказати про електричні явища. Навести приклади у навколишньому світі.
2 (ПВЗ). Розказати про напругу і напруженість електричного поля.
3 (ПВЗ). Пояснити як графічно зображати електричні поля.
4 (ПВЗ). Розказати про Клітину Фарадея та про розподіл зарядів у провіднику.
5 (ПВЗ). Розказати про вимірювання потенціалів у повітрі, про електричний зонд.
План:
3.2.1. Електричне поле Землі
3.2.2. Поляризація діелектрика
3.2.3. Енергія заряджених тіл
Навчально-методичні завдання:
1 (УЗЗ). Описати методичні рекомендації для учнів розв’язувати і складати фізичні задачі на роботу з переміщення заряду в електричному полі.
2 (П). Спроектувати та підготувати розгорнутий план-конспект уроку фізики:
а) Будова і застосування електрометрів;
б) Дія електричного поля на навколишні тіла;
в) Конденсатори.
3 (УЗЗ). Провести дослід і довести дію зарядженого тіла на незаряджену стрілку.
4 (П). Довести, що напруженість електричного поля зменшується із збільшенням відстані.
5 (УЗЗ). Створити комп’ютерну презентацію на тематику про електричні поля.
6 (УЗЗ). Провести дослід на електризацію води та парафінової кульки, яку погрузили в неї.
7 (ПВЗ). Пояснити спосіб визначення знаку заряду електроскопу.
8 (ПВЗ). Як визначити напруженість двох точкових зарядів?
9 (ПВЗ). Накреслити рисунки для визначення силових ліній рівномірно зарядженої кульки.
10 (ПВЗ). Визначити, чому дорівнює напруженість поля всередині рівномірно зарядженої кульової поверхні.
11 (ПВЗ). Визначити, чому дорівнює напруженість поля в центрі рівномірно зарядженого дротяного кільця, який має форму кола.
12 (УЗЗ). Накреслити порівняльну таблицю електричного та гравітаційного полів.
13 (П). Пояснити з методичної точки зору: у чому зміст введення різниці потенціалів або електричної напруги?
14 (ПВЗ). Пояснити умови рівноваги зарядів у провідниках.
15 (ПВЗ). Пояснити різницю між електрометром і електроскопом.
16 (ПВЗ). У процесі піднесення до зарядженого електроскопу незарядженого шматка скла відхилення листочків зменшується. Пояснити це.
17 (ПВЗ). Що буде вимірювати електрометр, якщо його листочки з’єднати металевою проволокою з полум’ям від однієї свічки, а корпус (ізольований від Землі) так само, з полум’ям іншої свічки?
18 (ПВЗ). Пояснити, чому не вбиває струмом птаха, який сідає на один з дротів високої напруги.
19 (УЗЗ). Продовжити. «За багато століть до нової ери люди виявили, що янтар (бурштин), потертий об вовну (або хутро), притягає до себе легкі предмети.
Пізніше такі властивості виявили і у інших тіл, зокрема - у скла, потертого об шкіру (або шовк). Наелектризовані тертям шматочки янтарю і скла притягувались один до одного, але шматочки янтарю один від одного відштовхувались, шматочки скла теж. Підкреслюючи відмінність у наелектризованості янтарю і скла, янтар умовно назвали негативно зарядженим, а скло – позитивно зарядженим (хоча можна було зробити і навпаки).
Електризація тіл під час тертя зумовлена не перетворенням механічної енергії в електричну, а збільшенням реальної контактної площі тіл. Електризація тіл часто шкідлива (притягання пилу пряжею і забруднення її; розриви пряжі внаслідок притягання до веретен). Однак існують і застосування електризації (наприклад, в електрокопіювальних установках – ксероксах)…».