Номер 47.3, страница 170 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 47. Электризация тел. Закон сохранения электрического заряда. Глава 7. Электрические явления - номер 47.3, страница 170.

$47.3^0$ $[1171^0]$

Если прижать к стене лист бумаги и потереть его суконкой или щеткой, то лист прилипнет к стене. Почему? Если этот лист поднести к мелко нарезанным кусочкам бумаги, то эти кусочки притянутся к листу. Почему?

Почему лист прилипнет к стене?

Это явление объясняется двумя физическими процессами: электризацией при трении и электростатической индукцией.

1. Электризация при трении. Когда лист бумаги трут о сукно или щетку, происходит контакт и трение двух разных материалов. В результате этого процесса электроны переходят с одного тела на другое. Тело, отдавшее электроны, заряжается положительно, а тело, получившее их — отрицательно. Таким образом, лист бумаги приобретает некоторый электрический заряд и становится наэлектризованным.

2. Электростатическая индукция. Стена в обычном состоянии электрически нейтральна, то есть суммарный заряд в ней равен нулю. Когда к стене подносят заряженный лист бумаги, его электрическое поле действует на заряды внутри материала стены. Происходит их перераспределение: заряды, одноименные с зарядом листа, отталкиваются и смещаются вглубь стены, а заряды, противоположные по знаку, притягиваются и смещаются к поверхности стены, ближайшей к листу. Этот процесс называется электростатической индукцией или поляризацией. В результате на поверхности стены напротив листа возникает индуцированный заряд противоположного знака.

3. Взаимодействие. Между заряженным листом и индуцированным на стене противоположным по знаку зарядом возникает сила кулоновского притяжения. Эта сила оказывается достаточно большой, чтобы преодолеть силу тяжести, действующую на лист, и удержать его на вертикальной поверхности стены.

Ответ: При трении лист бумаги электризуется (приобретает электрический заряд). Под действием его электрического поля стена (являясь диэлектриком) поляризуется, и на её поверхности возникает индуцированный заряд противоположного знака. Сила электростатического притяжения между заряженным листом и поляризованной стеной удерживает лист.

Почему кусочки бумаги притянутся к листу?

Причина этого явления та же — электростатическая индукция.

1. Заряженный объект. Лист бумаги, потертый о сукно, является заряженным телом.

2. Поляризация нейтральных тел. Мелко нарезанные кусочки бумаги изначально электрически нейтральны. Когда к ним подносят заряженный лист, в каждом кусочке происходит такое же перераспределение зарядов, как и в стене. Та сторона маленького кусочка, которая обращена к листу, приобретает заряд, противоположный по знаку заряду листа. Дальняя же сторона приобретает заряд того же знака, что и у листа.

3. Возникновение силы притяжения. Между заряженным листом и противоположно заряженной ближней стороной кусочка бумаги действует сила притяжения. Между листом и одноименно заряженной дальней стороной кусочка действует сила отталкивания. Согласно закону Кулона, сила взаимодействия обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами ($F \sim 1/r^2$). Поскольку притягивающиеся заряды находятся ближе друг к другу, чем отталкивающиеся, сила притяжения оказывается больше силы отталкивания. В результате возникает результирующая сила, направленная в сторону листа, которая и притягивает легкие кусочки бумаги.

Ответ: Заряженный лист бумаги вызывает поляризацию в электрически нейтральных кусочках бумаги. В результате на ближней к листу стороне каждого кусочка наводится заряд противоположного знака, а на дальней — одноименного. Так как сила притяжения к ближней стороне больше силы отталкивания от дальней, возникает результирующая сила притяжения.