Номер 4.6, страница 20 - гдз по физике 8 класс задачник Артеменков, Ломаченков

IV. Электрический заряд. Электрическое поле - номер 4.6, страница 20.

Условие.

4.6 Почему электрически нейтральное тело притягивается к заряженному телу? Объясните это явление при помощи рисунка.

Решение.

Электрически нейтральное тело притягивается к заряженному телу из-за явления, называемого электростатической индукцией или поляризацией.

В любом нейтральном теле содержится одинаковое количество положительных и отрицательных зарядов. Когда к такому телу подносят заряженное тело (например, с положительным зарядом), его электрическое поле начинает действовать на заряды внутри нейтрального тела. Отрицательные заряды (электроны) в нейтральном теле притягиваются к поднесенному положительному заряду и смещаются в его сторону. Положительные заряды (атомные ядра) отталкиваются и смещаются в противоположную сторону.

В результате этого перераспределения зарядов на стороне нейтрального тела, которая находится ближе к заряженному телу, возникает избыточный отрицательный заряд, а на противоположной, более удаленной стороне — избыточный положительный заряд. Само тело в целом остается электрически нейтральным.

Теперь между заряженным телом и поляризованным нейтральным телом действуют две основные силы: сила притяжения ($F_{прит}$) между заряженным телом и ближайшей к нему отрицательно заряженной частью нейтрального тела, и сила отталкивания ($F_{отт}$) между заряженным телом и удаленной от него положительно заряженной частью нейтрального тела.

Согласно закону Кулона, сила взаимодействия между двумя точечными зарядами обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними: $F = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2}$.

Поскольку отрицательные индуцированные заряды на нейтральном теле находятся ближе к заряженному телу, чем положительные, расстояние до них меньше. Следовательно, сила притяжения будет больше по модулю, чем сила отталкивания: $|F_{прит}| > |F_{отт}|$. В результате сложения этих сил возникает результирующая сила, направленная в сторону заряженного тела, то есть сила притяжения. Аналогичная ситуация возникает, если к нейтральному телу поднести отрицательно заряженное тело: ближайшая к нему часть тела станет положительно заряженной, а дальняя — отрицательно, и сила притяжения снова окажется больше силы отталкивания.

Объяснение при помощи рисунка:

Мысленно представим рисунок. Слева находится положительно заряженный стержень, на котором нарисованы знаки «+». Справа от него — электрически нейтральный шар. Под действием поля стержня свободные электроны в шаре смещаются влево, к стержню. В результате на левой стороне шара, ближайшей к стержню, образуется избыточный отрицательный заряд (изобразим его знаками «−»). На правой стороне шара, откуда ушли электроны, образуется избыточный положительный заряд (изобразим его знаками «+»).

Между положительным стержнем и отрицательной левой стороной шара действует сила притяжения $F_{прит}$. Между положительным стержнем и положительной правой стороной шара действует сила отталкивания $F_{отт}$. Расстояние от стержня до отрицательных зарядов меньше, чем до положительных. Так как сила взаимодействия убывает с увеличением расстояния, то $F_{прит} > F_{отт}$. Суммарная сила направлена к стержню, то есть шар притягивается.

Ответ: Электрически нейтральное тело притягивается к заряженному телу вследствие явления электростатической индукции. Под действием электрического поля заряженного тела в нейтральном теле происходит перераспределение зарядов: на ближней к заряженному телу стороне скапливаются заряды противоположного знака, а на дальней — одноименного. Так как сила притяжения между разноименными зарядами, находящимися на меньшем расстоянии, оказывается больше силы отталкивания между одноименными зарядами, находящимися на большем расстоянии, результирующая сила является силой притяжения.