Номер 46.17, страница 169 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 46. Сведения о строении атома. Глава 7. Электрические явления - номер 46.17, страница 169.

46.17 [1217] Два одинаковых металлических шара, заряженных одинаковыми по модулю, но разными по знаку зарядами, после соприкосновения оказались электрически нейтральными. Можно ли сказать, что заряды в шарах исчезли? Какие изменения произошли с ионной кристаллической решёткой металла шаров?

Можно ли сказать, что заряды в шарах исчезли?

Говорить о том, что заряды в шарах исчезли, некорректно. В физике под зарядом тела понимают его нескомпенсированный или избыточный электрический заряд. Сами же носители заряда в металлах — это отрицательно заряженные свободные электроны и положительно заряженные ионы, расположенные в узлах кристаллической решётки.

Изначально один шар был заряжен положительно (на нём был недостаток электронов), а другой — отрицательно (на нём был избыток электронов). Одинаковые по модулю заряды означают, что недостаток электронов на первом шаре в точности равен избытку электронов на втором.

При соприкосновении шаров избыточные электроны с отрицательно заряженного шара перетекают на положительно заряженный шар, компенсируя там недостаток электронов. Этот процесс называется электростатической индукцией и перераспределением заряда. В результате на обоих шарах количество электронов становится равным количеству протонов в ядрах ионов, и шары становятся электрически нейтральными.

Таким образом, исчез не избыточный заряд на каждом из шаров, а не сами заряженные частицы. Электроны и ионы остались на своих местах (электроны перераспределились, ионы остались в узлах решётки). Этот процесс подчиняется закону сохранения электрического заряда: суммарный заряд системы двух шаров до соприкосновения был равен $q_{общ} = (+q) + (-q) = 0$, и после соприкосновения он остался нулевым.

Ответ: Нет, заряды в шарах не исчезли. Произошло перераспределение свободных электронов между шарами, в результате чего нескомпенсированный заряд каждого шара стал равен нулю. Сами элементарные носители заряда — электроны и положительные ионы — сохранились.

Какие изменения произошли с ионной кристаллической решёткой металла шаров?

Наличие нескомпенсированного электрического заряда на теле приводит к возникновению внутренних электростатических сил.

• На положительно заряженном шаре возникает дополнительная сила отталкивания между положительными ионами кристаллической решётки, которая не полностью скомпенсирована силами притяжения к меньшему числу электронов.
• На отрицательно заряженном шаре возникает сила отталкивания между избыточными электронами.

Эти силы вызывают механическое напряжение и приводят к небольшой упругой деформации — расширению. То есть, до соприкосновения оба заряженных шара имели размеры чуть больше, чем в нейтральном состоянии.

После соприкосновения и нейтрализации зарядов эти дополнительные электростатические силы исчезают. Внутренние силы упругости возвращают шары к их первоначальной форме и размеру. Это означает, что ионные кристаллические решётки обоих шаров претерпевают небольшую деформацию — они немного сжимаются. Межатомные расстояния в решётке возвращаются к своему стандартному значению для незаряженного металла.

Ответ: Ионная кристаллическая решётка каждого шара испытала небольшую деформацию (сжатие). До соприкосновения оба шара были слегка расширены из-за сил электростатического отталкивания. После нейтрализации эти силы исчезли, и решётки шаров сжались до своего нормального состояния.