История развития физики, страница 289 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Основы электродинамики. Глава 11. Электромагнитное поле. Напряжённость электростатического поля. Параграф 51. Электрический заряд и его свойства. Вопросы - страница 289.

Условие.

Из истории развития физики

1. В 1729 г. английский физик Стефен Грей (1666–1736) провёл опыт со стеклянной трубкой, закрытой пробкой. В пробку он воткнул длинный металлический стержень с шариком из слоновой кости на конце. Затем он натёр трубку куском сукна. Оказалось, что электрический заряд перешёл с трубки на шарик из слоновой кости. Аналогичные опыты, проведённые Греем, показали, что электричество распространялось по металлическим проводам, угольным стержням, пеньковой бечёвке, но не передавалось по шёлковым нитям.

a) Какое физическое явление открыл Грей?

б) Как называют вещества, которые обладают способностью проводить электрические заряды? Приведите их примеры.

2. Опыты Грея привлекли внимание французского учёного Шарля Дюфе (1698–1739). В одном из своих экспериментальных исследований Дюфе приближал бузиновый шарик, подвешенный на шёлковой нити, к наэлектризованному телу. При этом шарик сначала притягивался к телу, затем касался его и отталкивался.

a) Какое свойство электрических зарядов обнаружил Дюфе?

б) Исходя из этого свойства, объясните рассматриваемое физическое явление.

Решение.

1. а) Какое физическое явление открыл Грей?
В своих опытах Стивен Грей обнаружил, что электрический заряд может передаваться от одного тела к другому на расстояние через одни материалы, в то время как другие материалы препятствуют этой передаче. Это явление — способность веществ проводить электрический заряд — называется электропроводностью. Таким образом, Грей экспериментально разделил все вещества на два класса: проводники (которые проводят электричество) и изоляторы, или диэлектрики (которые не проводят электричество).
Ответ: Явление электропроводности (существование проводников и диэлектриков).

б) Как называют вещества, которые обладают способностью проводить электрические заряды? Приведите их примеры.
Вещества, которые обладают способностью проводить электрические заряды, называют проводниками. Это свойство обусловлено наличием в них свободных носителей заряда (например, электронов в металлах или ионов в электролитах), которые могут упорядоченно двигаться под действием электрического поля.
Примеры, следующие из текста: металлические провода, угольные стержни, пеньковая бечёвка (в которой проводимость обеспечивается влагой).
Другие распространённые примеры: все металлы (медь, алюминий, серебро, золото), графит, растворы солей и кислот в воде, тело человека.
Ответ: Проводники. Примеры: металлы (медь, железо), уголь, растворы солей.

2. а) Какое свойство электрических зарядов обнаружил Дюфе?
Опыт Шарля Дюфе, в котором бузиновый шарик сначала притягивался к наэлектризованному телу, а после касания отталкивался от него, позволил обнаружить фундаментальное свойство электрических зарядов: существование двух видов зарядов. Взаимодействие этих зарядов подчиняется правилу: одноимённые заряды отталкиваются, а разноимённые — притягиваются. Дюфе назвал эти два вида электричества «стеклянным» (ныне положительное) и «смоляным» (ныне отрицательное).
Ответ: Существование двух видов электрических зарядов и то, что одноимённые заряды отталкиваются, а разноимённые притягиваются.

б) Исходя из этого свойства, объясните рассматриваемое физическое явление.
Рассматриваемое явление можно объяснить в три последовательных этапа:
1. Притяжение: Изначально бузиновый шарик электрически нейтрален. Когда к нему подносят заряженное тело (например, положительно), в шарике происходит явление электростатической индукции — перераспределение зарядов. Свободные электроны в шарике (разноимённые с зарядом тела) притягиваются и смещаются на ближнюю к телу сторону. На дальней стороне шарика возникает избыток положительных зарядов (одноимённых с зарядом тела). Так как сила взаимодействия зависит от расстояния, сила притяжения между телом и ближними разноимёнными зарядами шарика оказывается больше силы отталкивания между телом и дальними одноимёнными зарядами. В результате шарик притягивается к телу.
2. Касание: При контакте шарика с заряженным телом происходит передача заряда (электризация через соприкосновение). Шарик приобретает заряд того же знака, что и тело. Например, если тело было заряжено положительно, часть электронов с шарика перейдет на тело, в результате чего шарик приобретёт нескомпенсированный положительный заряд.
3. Отталкивание: После касания и тело, и шарик оказываются заряжены одноимённо. В соответствии со свойством, открытым Дюфе, одноимённые заряды отталкиваются. Поэтому шарик отталкивается от тела.
Ответ: Явление объясняется электростатической индукцией (вызывающей начальное притяжение нейтрального шарика), последующей передачей заряда при контакте (в результате чего шарик приобретает одноимённый заряд) и электростатическим отталкиванием одноимённо заряженных тел.