Номер 1, страница 10, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

Наблюдайте

Подвесьте две одноименно заряженные бумажные гильзы на шелковые нити и поднесите их друг к другу. Что наблюдаете? Что произойдет, если между ними поместить лист керамики или лист картона? Объясните результаты.

Что наблюдаете?

При сближении двух одноименно заряженных бумажных гильз будет наблюдаться их взаимное отталкивание. Так как гильзы подвешены на нитях и могут свободно перемещаться, они разойдутся в стороны друг от друга. Это явление объясняется одним из основных принципов электростатики: одноименные заряды отталкиваются. Сила этого отталкивания (сила Кулона) описывается законом Кулона. Для зарядов $q_1$ и $q_2$, имеющих одинаковый знак, сила, действующая между ними, является силой отталкивания.

Ответ: Наблюдается взаимное отталкивание бумажных гильз, они расходятся в стороны.

Что произойдет, если между ними поместить лист керамики или лист картона? Объясните результаты.

Если между заряженными гильзами поместить лист керамики или картона, сила отталкивания между гильзами уменьшится. В результате этого гильзы сблизятся, и расстояние между ними станет меньше, чем когда между ними был только воздух.

Объяснение результатов:

И керамика, и картон являются диэлектриками. Диэлектрик — это материал, который не проводит электрический ток. Когда диэлектрик помещают во внешнее электрическое поле (в данном случае, в поле, созданное заряженными гильзами), он поляризуется. Происходит смещение связанных зарядов внутри атомов или молекул диэлектрика. Это создает внутреннее электрическое поле, направленное против внешнего поля.

В результате суммарное электрическое поле в пространстве между гильзами ослабевает. Сила кулоновского взаимодействия в диэлектрической среде уменьшается по сравнению с силой в вакууме (или воздухе) в $\epsilon$ раз:

$F_{среда} = \frac{F_{вакуум}}{\epsilon}$

Здесь $\epsilon$ (эпсилон) — это диэлектрическая проницаемость среды. Для любого диэлектрика $\epsilon > 1$. Следовательно, сила взаимодействия в диэлектрике всегда меньше, чем в вакууме.

Поскольку сила отталкивания уменьшается, гильзы под действием составляющей силы тяжести приходят в новое равновесное состояние, находясь на более близком расстоянии друг от друга.

Диэлектрическая проницаемость керамики (в зависимости от состава $\epsilon$ может быть от 5 до нескольких тысяч) значительно выше, чем у картона ($\epsilon \approx 2-4$). Поэтому лист керамики ослабит электрическое поле и силу отталкивания в большей степени, чем лист картона. Соответственно, при внесении керамической пластины гильзы сойдутся ближе, чем при внесении картонной.

Ответ: При помещении между гильзами листа керамики или картона они сблизятся. Это происходит потому, что диэлектрики ослабляют электрическое поле, что приводит к уменьшению силы отталкивания. Сближение будет более заметным при использовании керамики, так как её диэлектрическая проницаемость выше, чем у картона.