Номер 13.12, страница 64 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 13. Домашние экспериментальные задания - номер 13.12, страница 64.

Условие.

13.12. Потрите газетой воздушный шарик, поднесите его к потолку и отпустите. Шарик останется висеть у потолка и может находиться в таком положении сутками. Почему?

Решение.

Это явление объясняется электризацией тел при трении и последующим электростатическим взаимодействием.

Когда воздушный шарик трут о газету, происходит процесс, называемый электризацией трением. В ходе этого процесса электроны переходят с поверхности газеты на поверхность шарика, так как материал шарика (резина) имеет большее сродство к электронам. В результате шарик приобретает избыточный отрицательный электрический заряд.

Потолок в обычном состоянии электрически нейтрален. Когда к нему подносят отрицательно заряженный шарик, его электрическое поле воздействует на заряды в материале потолка. Происходит явление электростатической индукции: электроны в потолке отталкиваются от шарика и смещаются вглубь, а на поверхности, ближайшей к шарику, образуется область с избыточным положительным зарядом.

Между отрицательно заряженным шариком и индуцированным положительным зарядом на потолке возникает сила электростатического притяжения. Эта сила направлена вверх, в то время как на шарик действует сила тяжести, направленная вниз. Если сила притяжения $F_{эл}$ оказывается по величине больше или равна силе тяжести $F_{тяж}$, то шарик будет удерживаться у потолка ($F_{эл} \ge F_{тяж}$).

Причина, по которой шарик может висеть так долго, заключается в том, что резина является хорошим диэлектриком (изолятором), а значит, она плохо проводит электрический ток и хорошо удерживает приобретенный заряд. Потолок, как правило, также является плохим проводником. Заряд с шарика стекает очень медленно, в основном через ионы и полярные молекулы воды, содержащиеся в воздухе. Поэтому в сухом помещении эффект может наблюдаться в течение многих часов или даже суток.

Ответ: При трении о газету шарик приобретает отрицательный электрический заряд. Приближаясь к нейтральному потолку, он вызывает на его поверхности перераспределение зарядов (электростатическую индукцию), создавая область с положительным зарядом. Возникающая сила электростатического притяжения между шариком и потолком оказывается достаточной, чтобы уравновесить силу тяжести, из-за чего шарик и остается висеть. Так как шарик и потолок являются плохими проводниками, заряд стекает очень медленно, и эффект может сохраняться долгое время.