§ 22. Подільність електричного заряду

Ви дізнаєтесь

Електроскоп. Електрометр. Досліджувати та спостерігати електризацію тіл і прояви електромагнітної взаємодії можна за допомогою електроскопа й електрометра.

Електроскоп (мал. 91) — прилад для демонстрації наявності електричного заряду. Він складається з металевого стержня — електрода та підвішених до нього двох листочків фольги. Перед початком роботи стержень електроскопа не наелектризований, і мікрочастинки рівномірно розподілені по ньому (мал. 91, б). У результаті наближення позитивно зарядженої палички до металевого стержня електроскопа відбувається перерозподіл електрично заряджених частинок усередині самого стержня та листочків фольги (мал. 91, в). Листочки виявляються однойменно зарядженими і тому відхиляються один від одного (мал. 91, в, г). Для того щоб листочки фольги не коливалися від руху повітря, їх зазвичай поміщають у скляну посудину. Електроскоп як фізичний прилад зіграв важливу роль на ранніх етапах вивчення електрики.

Для вимірювань величини електричного заряду використовують електрометри (мал. 92). На верхній частині стержня електрометра закріплюють порожнисту металеву сферу.

Електричний заряд, наданий металевій сфері, передається металевому стержню й стрілці. У результаті взаем-

ного відштовхування стрілка відхиляється від стержня. За кутом відхилення, що фіксується шкалою приладу, можна вимірювати величину наданого заряду (мал. 92, б).

Дискретність (подільність) електричного заряду. За допомогою електроскопа або електрометра можна дослідити подільність (дискретність) електричного заряду.

Розглянемо дослід. Візьмемо два однакові електрометри. Зарядимо один із них. При цьому його стрілка, як видно з малюнка (мал. 93, а), відхилилася на чотири поділки. З’єднаємо ці електрометри металевим провідником із ручкою, що виготовлена з діелектрика. У результаті з’єднання частина заряду із зарядженого електрометра переходить на незарядже-ний.

Зверніть увагу! З малюнка 93, б видно, що стрілка кожного електрометра відхилилася на дві поділки. Тобто початковий заряд зарядженого електрометра поділився на дві рівні частини.

Якщо роз’єднати ці електрометри й один із них розрядити, доторкнувшись до його кульки рукою, а потім, як і в першому випадку, з’єднати ці електрометри, то заряд зарядженого електрометра знову поділиться на дві рівні частини.

Можна зробити висновок: якщо заряджене тіло привести в контакт із точно таким самим тілом, але незарядженим, то заряд першого тіла розподілиться між ними порівну.

Поміркуйте, що було б, якби під час проведення досліду металевий провідник поклали на кулі електрометрів голою рукою (без ручки із діелектрика).

Якщо заряджене та незаряджене тіла будуть різних розмірів, TO виявиться, що електричний заряд поділиться таким таном, що провідник із більшою площею поверхні набуде більшого електричного зарядуі

Ця особливість використовується для захисту електричних приладів від накопичення статичної електрики

на їхніх корпусах. Оскільки розміри Землі більші за розміри будинків і електричних приладів, то майже весь заряд із тіл переходить на Землю. Для такого захисту застосовують металеві провідники, з’єднані з добре провідними шарами ґрунту. Такий вид захисту називають заземленням.

Вимірювання елементарного електричного заряду. До кінця XIX ст. накопичений матеріал досліджень свідчив про існування носія елементарного (мінімального) негативного електричного заряду, який дістав назву «електрон». Проте це була фактично гіпотеза, оскільки вона не була підтверджена експериментально.

На початку XX ст., незалежно один від одного, американський вчений Роберт Міллікен і російський фізик Абрам Йоффе провели експерименти з вивчення дискретності (подільності) електричного заряду та визначення заряду електрона. У своїх дослідах вони застосовували дещо відмінні установки, які проте були схожими принципово.

У результаті цих дослідів зроблено висновок про існування маленької частинки, що несе на собі неподільний електричний заряд. Цією частинкою є електрон, і його заряд дорівнює -1,6-10'¹⁰ Кл.

Електричний заряд тіла завжди буде кратним елементарному електричному заряду⁷. (При нагоді підрахуйте, скільки потрібно електронів, щоб утворився заряд в 1 Кл).

Підбиваємо підсумки

Досліджувати та спостерігати електризацію тіл і прояви електромагнітної взаємодії можна за допомогою електроскопа й електрометра.

Електроскоп фіксує наявність електричного заряду. Електрометром можна визначати й порівнювати величину електричного заряду.

Якщо двома однаковими тілами, одне з яких заряджене, а інше — незаряджене, доторкнутися одне до одного, то електричний заряд розділиться між ними порівну.

Якщо заряджене і незаряджене тіла будуть різних розмірів, то після контакту заряд ділитиметься нерівномірно: провідник з більшою площею поверхні набуде більшого електричного заряду.

А знаю, вмію та можу пояснити

1.    Для чого застосовують електроскоп? Який принцип його дії?

2.    Опишіть досліди, що підтверджують подільність електричного заряду.

3.    Хто із вчених проводив досліди з вимірювання елементарного електричного заряду?

ПОЯСНІТЬ

1.    Дотикаються дві однойменно заряджені металеві кулі однакового діаметра. Одна із куль порожниста. Як розподіляться заряди на кулях після дотику?

2.    На одній з двох однакових кульок є надлишок одинадцяти електронів. Кульки сполучили між собою провідником. Як розподіляться електрони? Умови електричної системи виключають їх коливання.

3.    Чому відхилення листочків фольги електроскопа не залежить від знака заряду?

4.    Чи може тіло мати електричний заряд 1 -10 ¹⁹ Кл, 3,2· 10¹⁹ ІОі?

5.    Модуль заряду однієї з двох однакових металевих кульок у 3 рази більший, ніж модуль заряду іншої. Кульки привели в дотик, після чого повернули до початкових положень. Укажіть, як зміниться модуль заряду кожної з кульок після дотику. Розгляньте випадки, коли кульки заряджені: а) однойменно; б) різнойменно.

Виготовлення електроскопа

Зі скляної банки з капроновою кришкою виготовте електроскоп (мал. 94). Перевірте його в дії.

До кондуктора зарядженого електроскопа піднесіть (не торкаючись його) заряджений металевий стрижень. Поясніть як зміниться відхилення пелюсток паперу?

Увага! Будьте обережні зі склом!

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Засєкіна