Номер 6, страница 89, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Электростатика и постоянный электрический ток. Глава VII. Электростатика. Параграф 35. Электрические взаимодействия - номер 6, страница 89.

Условие.

°6. На рисунке 35.4 схематически изображён опыт, в котором к незаряженной металлической гильзе подносят положительно заряженную палочку, не касаясь ею гильзы. Используя рисунок, объясните, почему незаряженная гильза притягивается к палочке.

Рис. 35.4

Решение 2.

Наблюдаемое явление объясняется электростатической индукцией. Металлическая гильза является проводником, что означает наличие в ней свободных носителей заряда — электронов, которые могут свободно перемещаться по всему ее объему. Изначально гильза электрически нейтральна, то есть суммарный заряд протонов в атомных ядрах равен суммарному заряду электронов, и в отсутствие внешнего электрического поля эти заряды распределены равномерно.

Когда к гильзе подносят положительно заряженную палочку, ее электрическое поле начинает действовать на свободные электроны в металле. Поскольку электроны имеют отрицательный заряд, они притягиваются к положительно заряженной палочке. В результате свободные электроны перемещаются и скапливаются на той стороне гильзы, которая находится ближе к палочке. Эта сторона гильзы приобретает избыточный отрицательный заряд.

На противоположной, дальней от палочки, стороне гильзы возникает недостаток электронов, и она заряжается положительно. Происходит перераспределение заряда (поляризация), но в целом гильза остается электронейтральной.

В результате этого перераспределения между заряженной палочкой и гильзой возникают две силы:
1. Сила притяжения между положительным зарядом палочки и отрицательным зарядом, индуцированным на ближней стороне гильзы.
2. Сила отталкивания между положительным зарядом палочки и положительным зарядом, индуцированным на дальней стороне гильзы.

Согласно закону Кулона, сила электрического взаимодействия обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами. Так как индуцированные отрицательные заряды на гильзе расположены ближе к палочке, чем индуцированные положительные заряды, сила притяжения между палочкой и ближней стороной гильзы оказывается больше, чем сила отталкивания между палочкой и дальней стороной.

Результирующая этих двух сил направлена в сторону палочки, поэтому незаряженная гильза притягивается к ней.

Ответ: Незаряженная металлическая гильза притягивается к положительно заряженной палочке из-за явления электростатической индукции. Под действием поля палочки свободные электроны в гильзе перемещаются на ближнюю к палочке сторону, создавая на ней отрицательный заряд, а на дальней стороне — положительный. Сила притяжения между палочкой и ближними отрицательными зарядами оказывается больше силы отталкивания от дальних положительных зарядов, что и приводит к притяжению гильзы.