Номер 44, страница 20, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава III. Электрические явления. Параграф 13. Электризация тел. Носители электрического заряда - номер 44, страница 20.

Условие.

44. К тонкой струе воды, вытекающей из водопроводного крана, поднесите наэлектризованный описанным выше способом воздушный шарик. Что вы наблюдаете? Как можно объяснить этот опыт?

Решение.

Что вы наблюдаете?

При поднесении наэлектризованного воздушного шарика к тонкой струе воды можно наблюдать, как струя изгибается, отклоняясь от своего первоначального вертикального пути, и притягивается к шарику.

Ответ: Струя воды притягивается к наэлектризованному шарику.

Как можно объяснить этот опыт?

Решение

Это явление можно объяснить с помощью концепции электрической поляризации.

1. Молекула воды ($H_2O$) является полярной. Это означает, что хотя молекула в целом электрически нейтральна, распределение заряда внутри нее неравномерно. Атом кислорода стягивает на себя электроны, приобретая небольшой отрицательный заряд ($\delta^-$), в то время как два атома водорода приобретают небольшой положительный заряд ($\delta^+$). Таким образом, каждая молекула воды ведет себя как маленький электрический диполь.

2. Когда воздушный шарик электризуется (например, трением о волосы), он приобретает статический электрический заряд (допустим, отрицательный). Этот заряженный объект создает вокруг себя электрическое поле.

3. Когда шарик подносится к струе воды, его электрическое поле воздействует на полярные молекулы воды. Молекулы-диполи ориентируются в этом поле: их положительно заряженные концы (водородные) поворачиваются к отрицательно заряженному шарику, а отрицательно заряженные концы (кислородные) отталкиваются от него.

4. В результате этого процесса, называемого поляризацией, поверхность струи, ближайшая к шарику, приобретает эффективный положительный заряд, а более удаленная сторона — эффективный отрицательный заряд. Сама струя при этом остается в целом электронейтральной.

5. Между зарядом шарика и индуцированными зарядами на поверхности струи возникают силы электростатического взаимодействия. Сила притяжения между отрицательным зарядом шарика и ближайшим к нему положительным зарядом струи оказывается сильнее, чем сила отталкивания между отрицательным зарядом шарика и более удаленным отрицательным зарядом струи. Это связано с тем, что электростатическая сила убывает с расстоянием.

6. В итоге результирующая сила является силой притяжения, которая и заставляет струю воды изгибаться в сторону шарика. Важно, что притяжение будет наблюдаться независимо от знака заряда шарика: если бы шарик был заряжен положительно, молекулы воды просто развернулись бы к нему другой стороной.

Ответ: Явление объясняется поляризацией электрически нейтральных, но полярных молекул воды в электрическом поле заряженного шарика. Ближайшая к шарику сторона струи приобретает заряд, противоположный по знаку заряду шарика, что приводит к возникновению результирующей силы притяжения между струей и шариком.