Номер 13.5, страница 63 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 13. Домашние экспериментальные задания - номер 13.5, страница 63.

Условие.

13.5. Изготовьте «домашний» электрометр. Для этого проволоку, изогнутую в виде буквы «Г», опустите длинным концом в бутылку. На наружный ее конец навесьте согнутую пополам полоску тонкой бумаги. Установите на опыте, можно ли при электризации трением одного и того же тела (из стекла, эбонита или резины) получить различные по знаку заряды.

Решение.

Решение

Задача состоит из двух частей: изготовление простого прибора для обнаружения электрического заряда (электрометра) и проведение с его помощью эксперимента для ответа на поставленный вопрос.

1. Изготовление «домашнего» электрометра

Для создания электрометра следуйте инструкции:

а) Материалы: Вам понадобится стеклянная бутылка (или банка) с пробкой (можно использовать пластилин), кусок металлической проволоки (например, медной или стальной) длиной 15-20 см, и полоска очень тонкой бумаги (например, папиросной) или фольги.

б) Сборка:

- Согните проволоку в форме буквы «Г», чтобы один конец был длинным (вертикальная часть), а другой — коротким (горизонтальная часть).

- Проделайте в пробке отверстие и проденьте через него длинный конец проволоки так, чтобы короткий конец оказался снаружи, а большая часть длинного конца — внутри бутылки, не касаясь стенок и дна.

- Возьмите полоску тонкой бумаги (примерно 3 см в длину и 0.5 см в ширину), согните ее пополам и навесьте на короткий горизонтальный конец проволоки, который находится снаружи.

- Плотно закройте бутылку пробкой. Бутылка нужна, чтобы изолировать проволоку от земли и других предметов.

Электрометр готов. Принцип его работы: если к наружному концу проволоки поднести заряженное тело, то заряд по проволоке передастся на обе половинки бумажной полоски. Так как они получат одноименный заряд, они оттолкнутся друг от друга, и угол между ними увеличится.

2. Экспериментальное исследование вопроса

Вопрос: можно ли при электризации трением одного и того же тела (из стекла, эбонита или резины) получить различные по знаку заряды?

а) Теоретическое обоснование: Знак заряда, который приобретает тело при трении, зависит не от одного тела, а от пары трущихся тел. Существует так называемый трибоэлектрический ряд — список материалов, упорядоченных по их способности отдавать или принимать электроны. При трении двух материалов тот, что стоит в ряду раньше (ближе к «плюсу»), отдает электроны и заряжается положительно, а тот, что стоит позже (ближе к «минусу»), принимает электроны и заряжается отрицательно.

Пример части трибоэлектрического ряда (от + к -):
... Стекло → Шелк → Шерсть → Бумага → Дерево → Эбонит → Резина → Полиэтилен ...

Из этого ряда видно, что если тереть стекло о шелк, стекло станет положительным, а шелк — отрицательным. Если тереть эбонит о шерсть, эбонит станет отрицательным, а шерсть — положительной.

Чтобы одно и то же тело (например, стекло) получило заряд разного знака, его нужно потереть о материалы, которые в трибоэлектрическом ряду находятся по разные стороны от него. Однако для материалов, расположенных на краях ряда (как стекло), найти такой "бытовой" материал сложно.

б) Проведение опыта:

- Возьмем стеклянную палочку. Потрем ее о лист бумаги. Поднесем палочку к проволоке нашего электрометра (не касаясь). Полоски бумаги на электрометре разойдутся. Согласно трибоэлектрическому ряду, стекло зарядилось положительно.

- Разрядим электрометр, коснувшись проволоки пальцем. Полоски опадут.

- Теперь потрем ту же самую стеклянную палочку о кусок шелка (если есть) или шерсти. Снова поднесем к электрометру. Полоски опять разойдутся. Стекло снова зарядилось положительно, возможно, с другой величиной заряда.

- Проделав опыт с разными доступными материалами (бумага, шерсть, полиэтиленовый пакет), мы, скорее всего, обнаружим, что стеклянная палочка всегда заряжается положительно, а эбонитовая или резиновая — всегда отрицательно. Это происходит потому, что в быту сложно найти материалы, которые находятся в трибоэлектрическом ряду "выше" стекла или "ниже" эбонита.

в) Вывод: Хотя в рамках простого домашнего опыта получить на одном и том же теле заряды разного знака затруднительно, теоретически и физически это возможно. Для этого необходимо подобрать два таких материала, чтобы в паре с первым наше тело отдавало электроны (заряжалось положительно), а в паре со вторым — принимало электроны (заряжалось отрицательно).

Ответ: Да, можно. Знак электрического заряда, который тело приобретает при трении, зависит от материала того тела, о которое его трут. Чтобы одно и то же тело (например, стеклянная палочка) получило заряды разного знака, его необходимо наэлектризовать трением о два разных материала, один из которых в трибоэлектрическом ряду имеет большую склонность отдавать электроны, чем стекло, а другой — меньшую. На практике с обычными подручными материалами это сделать сложно, но физически это возможно.