История развития физики, страница 332 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Основы электродинамики. Глава 12. Разность потенциалов. Энергия электростатического поля. Параграф 60. Проводники в электростатическом поле. Вопросы - страница 332.

Условие.

Из истории развития физики

Русский физик немецкого происхождения, академик Петербургской академии наук Франц Эпинус (1724–1802) в работе «Опыт теории по электричеству и магнетизму» (1759) описывает следующий опыт (рис. 260). «На стеклянных подставках $CD$ и $EF$ кладётся металлическая полоса $AB$ около 30 см длиною, на конце $\text{A}$ кладётся металлическая гирька $GL$ около полутора пальца длиною с колечком кверху, к которому привязывается шёлковая нить $MH$. Приближают стеклянную наэлектризованную трубку $JK$ на расстоянии пальца от конца и держат в этом положении. Затем гирька $GL$ поднимается с помощью шёлковой нити и переносится на стеклянную подставку $MO$. Гирька оказывается наэлектризованной и притом отрицательным электричеством, противоположным с электричеством трубки».

а) Какой знак заряда будут иметь: трубка $JK$; конец $\text{B}$ металлической полосы после снятия гирьки $GL$?

б) Какое физическое явление наблюдается в опыте Эпинуса?

Решение.

а) В условии сказано, что гирька $GL$ приобретает отрицательный заряд, «противоположный с электричеством трубки». Это напрямую указывает на то, что стеклянная трубка $JK$ имела положительный заряд. Когда положительно заряженную трубку подносят к металлической полосе $AB$, являющейся проводником, происходит перераспределение свободных зарядов. Электроны (отрицательные заряды) притягиваются к концу $\text{A}$, на котором стоит гирька $GL$, создавая там избыток отрицательного заряда. Соответственно, на дальнем конце $\text{B}$ образуется недостаток электронов, то есть избыточный положительный заряд. Этот процесс называется электростатической индукцией. После того как гирьку $GL$ с избыточным отрицательным зарядом убирают, на оставшейся полосе $AB$ остаётся нескомпенсированный положительный заряд. Таким образом, конец $\text{B}$ будет заряжен положительно. Ответ: трубка $JK$ будет иметь положительный заряд ($+$), а конец $\text{B}$ металлической полосы после снятия гирьки $GL$ также будет иметь положительный заряд ($+$).

б) Физическое явление, наблюдаемое в опыте Эпинуса, — это электростатическая индукция (также известная как электризация через влияние). Это явление заключается в разделении положительных и отрицательных зарядов в проводнике под действием внешнего электрического поля, создаваемого близко расположенным заряженным телом. В результате этого на стороне проводника, ближайшей к внешнему заряду, накапливается индуцированный заряд противоположного знака, а на дальней стороне — одноимённого знака. Ответ: электростатическая индукция.