§ 20. Електричне поле. Взаємодія заряджених тіл

Спостереження та проведені досліди підтверджують, що наелектризова-ні тіла взаємодіють одне з одним на відстані - притягуються або відштовхуються.

Як же передається дія наелектризованого тіла па ишіе тіло?

Дослід 1. Підвісимо на нитці заряджену гільзу і піднесемо до неї наелектризовану скляну паличку. Навіть за відсутності безпосереднього контакту гільза на нитці відхиляється від вертикального положення (мал. 121).

Заряджені тіла, як бачимо, здатні взаємодіяти одне з одним на відстані. Але як при цьому передається дія одного із цих тіл іншому? Можливо, причина в повітрі, що міститься між ними? З’ясуємо це на досліді.

Дослід 2. Помістимо заряджений електроскоп (без скла) під ковпак з повітряним насосом, після чого відкачаємо повітря з ковпака (мал. 122). Ми побачимо, що в безповітряному просторі листочки електроскопа будуть так само відштовхуватися один від одного. Отже, на передачу електричної взаємодії повітря не впливає. Як же здійснюється взаємодія заряджених тіл?

Вивчаючи взаємодію наелектризованих тіл, учені Майкл Фарадей (1791-1867) і Джеймс-Кларк Максвелл (1831-1879) установили, що у просторі навколо електричного заряду існує електричне поле. За допомогою цього поля і здійснюється електрична взаємодія.

Електричне поле — це особливий вид матерії, який відрізняється від речовини й існує навколо будь-яких заряджених тіл.

Органи чуття людини не можуть сприймати електричне поле, виявити його можна лише за дією на електричні заряди.

Спостереження і досліди дають змогу встановити основні властивості електричного поля.

Електричне поле зарядженого тіла діє з певною силою на будь-яке інше заряджене тіло, що перебуває в цьому полі.

Це підтверджують усі досліди, у яких демонструється взаємодія заряджених тіл.

Електричне поле, створюване зарядженим тілом, сильніше діє на заряджені тіла, розміщені поблизу нього, слабше — на тіла, що розміщуються на більшій відстані.

Переконаємося в цьому, виконавши такий дослід.

Дослід 3. Підвісимо на нитці негативно заряджену гільзу. Розмістимо неподалік від неї паличку із зарядом позитивного знака (мал. 123). Наближатимемо підставку з гільзою до зарядженої палички. Дослід показує, що ближче гільза до палички, то з більшою силою діє на неї електричне поле зарядженої палички.

Силу, з якою електричне поле діє на заряджені тіла, що перебувають у цьому полі, називають електричною силою.

Слід мати на увазі, що не тільки заряджена паличка своїм електричним полем діє на заряджену гільзу, а й гільза власним електричним полем діє на паличку. Така спільна дія електричних полів кожного із заряджених тіл і характеризує електричну взаємодію заряджених тіл.

Дослід 4. Підвісимо на нитці незаряджену гільзу з алюмінієвої фольги. Розмістимо неподалік від неї позитивно заряджену паличку, як у досліді 3 (мал. 124). Під час зближення палички і гільзи побачимо, що незаряджена гільза також притягується до палички подібно до випадку із зарядженою гільзою.

Чому незаряджена гільза притягується до наелектризованої палички? У металах електрони із зовнішніх оболонок атомів легко відриваються від них, утворюючи позитивні йони, які розташовані у вузлах кристалічних ґраток. Ці вільні електрони можуть легко пересуватися по всьому кристалу, електричне поле позитивно зарядженої палички діє на них, і вони, притягуючись до палички, збираються на тому боці гільзи, який розташований найближче до палички. Отже, ця частина гільзи набуває негативного заряду, а протилежна частина гільзи виявляється «збідненою» на електрони і набуває позитивного заряду. Оскільки електричне поле сильніше діє на ближчий до палички негативний заряд, ніж

на віддалений позитивний, то результуючою дією і буде притягування гільзи паличкою.

Описаний дослід ілюструє явище електростатичної індукції, а тип електризації тіл без торкання до них зарядженим тілом, як вже згадувалося, називають електризацією впливом, або індукцією.

Дія електричного поля на заряди виявляється також і в дослідах з діелектриками. Якщо діелектрик розміщений в електричному полі, то позитивно заряджені частинки (йони) під дією електричного поля зміщуються в один бік, а негативно заряджені частинки (електрони) - в інший. Це явище називають поляризацією діелектрика.

Саме поляризацією пояснюються досліди, у яких відбувається притягання зарядженими тілами легеньких клаптиків паперу, ворсинок, які в цілому нейтральні. Однак в електричному полі наелектризованого тіла (скляної або ебонітової палички, гребінця) вони поляризуються. На тій частині клаптика паперу, що розміщена ближче до палички, виникає заряд, протилежний за знаком до заряду палички. Взаємодія з ним і спричиняє притягання клаптиків паперу до наелектризованого тіла.

Електричне поле зображають графічно за допомогою силових ліній (мал. 125).

Силові лінії електричного поля — це умовні лінії, що вказують напрямок сили, яка діє в цьому полі на розміщене в ньому позитивно заряджене маленьке тіло.

На малюнку 125 зображено силові лінії поля, яке створюється позитивно (а) і негативно (б) зарядженим тілом. Подібні «картинки» ми спостерігали, коли проводили досліди з електричними «султанами» (мал. 125, в).

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

1.    Що таке електричне поле?

2.    Назвіть основні властивості речовини.

3.    Назвіть основні властивості електричного поля.

4.    Що вказують силові лінії електричного поля?

5.    Чому нейтральні шматочки паперу притягаються до наелектризованого тіла?

6.    Поясніть, чому після надання електричному «султанові» заряду його паперові смужки розходяться в різні боки.

7.    Як можна виявити наявність електричного поля, адже у нас немає для цього ніяких спеціальних органів чуття?

ЦЕ ЦІКАВО ЗНАТИ

•    Інколи мандрівникам, особливо альпіністам, яких зненацька темної ночі заставала у горах гроза, доводилося спостерігати таке рідкісне явище. Під час грози палки, обковані залізом, починають «звучати», і на їхніх кінцях у темряві виникає свічення. Волосся на голові й бороді стає дибки, голова починає світитися. Іноді вогники з’являються також на поверхні одягу.

Світяться і вершини високих дерев, громовідводів, антен, корабельні щогли. Таке свічення називають «вогнями святого Ельма» - за назвою церкви, на шпилі якої це явище помітили вперше. Пояснюється це явище так. Перед грозою електричне поле поблизу гострих предметів, що виступають над поверхнею Землі, іноді стає настільки сильним, що виникає електропровідність повітря і проходження струму в газі (електричний розряд) супроводжується випромінюванням світла.

•    Одна з «професій» електричного поля - електрофарбування. Воно пояснюється явищем переміщення зарядів в електричному полі. Предмет, що фарбують, приєднують до негативного полюса електричної машини, а фарбопульт-до позитивного. Позитивно заряджені краплини фарби, що відриваються від фарбопульта, рухаються в електричному полі до негативно зарядженого предмета і рівномірно вкривають його. Такий спосіб фарбування дуже економічний і значно підвищує якість фарбування.

Фарбувати в електричному полі можна вироби з металу, дерева, скла, гуми тощо. Тому цей спосіб застосовують не тільки в машинобудівній, а й у взуттєвій, деревообробній і меблевій промисловості.

•    Димарі заводів, фабрик, теплових електростанцій викидають багато диму, який забруднює й отруює повітря. Щохвилини наші легені пропускають близько 10 л повітря, а за добу - майже 15м³. Для людського організму потрібне чисте повітря. Тому для очищення повітря від диму застосовують електрофільтри. Електрофільтри - це металеві циліндри, по осі яких натягнуто негативно заряджений провід. Циліндри мають позитивний заряд. Під дією електричного поля, створеного всередині циліндра, дрібні частинки, заряджені негативно, рухаються до стінок і осідають на них. Зі стінок пил або сажу періодично зчищають. За добу з електрофільтра середніх розмірів збирають кілька тонн уловленого пилу і сажі. На одному із цементних заводів за 12 років електричний фільтр уловив 340 000 т цементного пилу. Уявіть, скільки зведених із цього цементу будівель могло «вилетіти в трубу», якби не було фільтра.

Це матеріал з підручника фізика 8 клас Сиротюк