§ 22. Прилади для виявлення електризації тіл. Дискретність електричного заряду

1.    Електроскоп. Для виявлення на тілах електричного заряду та визначення його знаку застосовується прилад, який називається електроскопом. Електроскоп (рис. 87) представляє собою скляний циліндричний корпус. У верхній частині корпусу встановлена пластмасова пробка, за допомогою якої всередині корпусу закріплений металевий стержень з двома тонкими паперовими смужками на кінці. Якщо будь-яким зарядженим тілом доторкнутись до кульки на стержні електроскопа, то паперові смужки відштовхнуться одна від одної. За зміною кута, на який розходяться паперові смужки електроскопа, можна судити про ступінь наелектризованостітіла.

Існує також електроскоп більш складної конструкції, який називається електрометром (рис. 88). Електрометр представляє собою металевий корпус, засклений з обох боків і закріплений на підставці. Від електроскопа він відрізняється тим, що на середині його металевого стержня встановлена стрілка-по-кажчик, а на задньому матовому склі нанесена шкала з поділками. Зауважимо, що електрометр не вимірює величину заряду, а лише дозволяє визначати, більшим чи меншими є наданий тілу зарядзалежно від кутів відхилення стріл-ки-покажчика.

2.    Чи можна ділити електричні заря-

ди? Тепер нам необхідно відповісти на важливе питання: чи можна ділити заряди, які знаходяться на тілах? В цьому нам допоможе простий і наочний дослід.

Заряджений електрометр 1 з’єднаємо за допомогою металевої палички, закріпленій на пластмасовій ручці, з таким самим електрометром 2 (рис. 89 а). Ми побачимо, що стрілки-покажчики обох електрометрів відхиляться на однакові кути, тобто половина заряду перейде з першого електрометра на другий. Тепер роз’єднаємо електрометри і розрядимо другий з них, доторкнувшись до нього рукою (заряд з електрометра через тіло людини іде в землю). Стрілка другого електрометра після цього встановиться вертикально, що свідчить про відсутність на ньому заряду.

Знову приєднаємо другий електрометр до першого, на якому залишилась половина початкового заряду. Побачимо, що стрілки обох електрометрів знову відхилились на однакові, але вже менші кути (рис. 89 б). Це свідчить про те, що зарядженими знову є обидва електрометри, але заряд на них дорівнює лише четвертій частині від початкового заряду.

Отже, ми експериментально довели, що заряд, який знаходиться на тілах, можна ділити. Але тоді виникає ще одне питання: чи є межа цього поділу? Чи існує в природі найменший заряд, який розділити вже неможливо?

Відповідь на це питання дав англійський фізик Джон Джозеф Томсон, який

передбачив: в природі існує частинка, яка має найменший (елементарний) електричний заряд. З-поміж багатьох дослідників Томсон та його учні здійснили найбільш точні експериментальні дослідження і 29 квітня 1897 року Томсон доповів про відкриття першої елементарної частинки. Вона була названа електроном. Електрон - це дуже мала частинка, набагато менша від молекул і атомів. Маса електрона дорівнює 9,1 · IO ³¹ кг. Зокрема, маса молекули водню, найменшої з усіх молекул, в 3670 разів більша від маси електрона.

Таке само, як і негативний заряд, позитивний заряд будь-якого тіла теж складається з елементарних позитивних зарядів. Носієм елементарного позитивного заряду є протон.Позитивний заряд протона дорівнює +1,6 · 10'¹⁹Кл, отже, за абсолютною величиною заряди електрона і протона є рівними.

Маса протона дорівнює 1,67-10'²⁷ кг і перебільшує масу електрона у 1836 разів.

ПОГЛИБТЕ СВОЇ ЗНАННЯ

Частинки і античастинки. Поряд з електрично зарядженими частинками існують їх античастинки, які мають таку саму масу і такий самий, але протилежний за знаком заряд. Зокрема, античастинкою електрона є позитрон, а протона - антипротон. Цей процес називається анігіляцією.

Подумайте і дайте відповідь

1.    У чому полягає основне призначення електроскопа?

2.    Опишіть будову електроскопа та поясніть принцип його дії.

3.    Чим електроскоп відрізняється від електрометра?

4.    Як на досліді показати, що електричний заряд можна ділити?

6. Чому дорівнює елементарний електричний заряд?

Розв’яжіть задачі та оцініть результати

Вправа 22.

1.    Самостійно виготовте електроскоп. Для цього візьміть скляну банку з пластмасовою кришкою (або пластмасову пляшку з кришкою) і відрізок товстого металевого дроту (або товстий металевий цвях). За допомогою шовкової нитки закріпіть на кінці дроту (або цвяху) легкі паперові смужки. Пропустіть дріт (або цвях) через пластмасову кришку всередину банки (або пляшки). Електроскоп готовий. Після цього перевірте його роботу: зарядіть електроскоп за допомогою наелектризованих тіл. Сфотографуйте заряджений електроскоп і вклейте фотографію в зошит (або виконайте в зошиті рисунок досліду).

2.    Використовуючи виготовлений вами електроскоп, експериментально перевірте:

а)    нейтралізацію зарядів протилежних знаків;

б)    поділ зарядів, які находяться на тілах.

3.    Чи можна надати тілу заряд, менший від заряду електрона в 2 рази? заряд, більший від заряду електрон в 2,5 рази?

4.    Чи може тіло мати заряд + 5,6 · 10’¹⁹ Кл? -6,4 · 10^-19 Кл?

5.    Скількома електронами створюється заряд в «-1 Кл»?

Це матеріал з підручника Фізика 8 клас Шут