Номер 13.22, страница 64 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 13. Домашние экспериментальные задания - номер 13.22, страница 64.

Условие.

13.22. Исследуйте, как ведут себя листочки электроскопа, имеющего небольшой заряд, при приближении к нему сильно наэлектризованной (зарядом противоположного знака) палочки. Объясните наблюдаемое явление.

Решение.

Предположим, что электроскоп имеет некоторый небольшой заряд, например, положительный $q_{el}$. В этом случае его листочки отталкиваются друг от друга и расходятся на некоторый угол, так как на них находится одноименный заряд.

К шарику этого электроскопа подносят, не касаясь, палочку, имеющую сильный заряд противоположного знака, то есть отрицательный заряд $Q_{rod}$, где по модулю $|Q_{rod}| \gg |q_{el}|$.

При приближении палочки будет наблюдаться следующее: сначала листочки электроскопа начнут сближаться (опадать), угол между ними будет уменьшаться, и они могут полностью сомкнуться. Затем, при дальнейшем приближении палочки, листочки снова начнут расходиться.

Это явление объясняется электростатической индукцией, то есть перераспределением зарядов в проводнике (электроскопе) под действием внешнего электрического поля, создаваемого палочкой.

Процесс можно разделить на два этапа:

1. Опадание листочков. Отрицательно заряженная палочка притягивает положительные заряды. Положительный заряд $q_{el}$, который был распределен по всему электроскопу, начинает перемещаться из нижней части (листочки и стержень) вверх, к шарику, ближе к палочке. В результате этого заряд на листочках уменьшается, что приводит к ослаблению силы их взаимного отталкивания. Поэтому листочки начинают сходиться. В некоторый момент, на определённом расстоянии до палочки, листочки могут стать полностью нейтральными и опасть (сомкнуться).

2. Повторное расхождение листочков. Так как заряд палочки сильный, ее электрическое поле продолжает оказывать влияние. Оно отталкивает свободные электроны, имеющиеся в металле электроскопа. Эти электроны смещаются как можно дальше от палочки — вниз, на стержень и листочки. В результате листочки приобретают избыточный отрицательный заряд. Теперь оба листочка заряжены одноименно (отрицательно) и снова начинают отталкиваться друг от друга, что и вызывает их повторное расхождение.

Таким образом, происходит последовательная нейтрализация и последующая перезарядка листочков электроскопа под действием сильного внешнего электрического поля.

Ответ: При приближении к электроскопу с небольшим зарядом сильно заряженной палочки противоположного знака его листочки сначала опадут (сойдутся), а затем снова разойдутся. Это объясняется явлением электростатической индукции: внешнее поле сначала притягивает имеющийся в электроскопе заряд к шарику, нейтрализуя листочки, а затем отталкивает от шарика свободные заряды, перезаряжая листочки зарядом противоположного знака.