Номер 3, страница 88 - гдз по физике 8 класс учебник Изергин

Глава II. Электростатика. Параграф 14. Защита от электрического поля - номер 3, страница 88.

Условие.

3*. Почему незаряженная лёгкая станиолевая гильза, подвешенная на шёлковой нити, сначала притягивается к наэлектризованной палочке, затем отталкивается от неё?

Решение.

Решение

Данное явление можно объяснить в два этапа, которые соответствуют двум разным физическим процессам: электростатической индукции и электризации через контакт.

1. Почему гильза сначала притягивается

Когда к электрически нейтральной станиолевой гильзе (станиоль — это фольга, то есть проводник) подносят заряженную палочку, в гильзе происходит перераспределение свободных электрических зарядов (электронов). Этот процесс называется электростатической индукцией.

Допустим, палочка заряжена отрицательно. Её электрическое поле действует на свободные электроны в гильзе и отталкивает их. В результате эти электроны смещаются на дальнюю от палочки сторону гильзы. Из-за этого на ближней к палочке стороне гильзы возникает недостаток электронов, и эта сторона приобретает эффективный положительный заряд. Дальняя же сторона, где скопились электроны, приобретает отрицательный заряд.

Теперь на гильзу действуют две основные силы со стороны палочки: сила притяжения между отрицательным зарядом палочки и наведённым положительным зарядом на ближней стороне гильзы, и сила отталкивания между зарядом палочки и наведённым отрицательным зарядом на дальней стороне гильзы. Согласно закону Кулона, сила взаимодействия зарядов обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними ($F \propto 1/r^2$). Поскольку положительно заряженная сторона гильзы находится ближе к палочке, чем отрицательно заряженная, сила притяжения оказывается больше силы отталкивания. В результате возникает результирующая сила, направленная к палочке, и гильза притягивается.

2. Почему гильза затем отталкивается

После того как гильза притянулась и коснулась заряженной палочки, происходит процесс электризации через контакт (или через проводимость). Поскольку гильза является проводником, часть избыточного заряда с палочки переходит на гильзу. Если палочка была заряжена отрицательно, то часть её избыточных электронов перейдёт на гильзу.

В результате этого контакта гильза приобретает заряд того же знака, что и у палочки (в нашем примере — отрицательный). Теперь и палочка, и гильза заряжены одноимённо. Согласно основному закону электростатики, одноимённые заряды отталкиваются. Поэтому гильза немедленно отталкивается от палочки.

Ответ: Незаряженная гильза сначала притягивается к заряженной палочке из-за электростатической индукции: под действием поля палочки на ближней к ней части гильзы концентрируется заряд противоположного знака, а на дальней — того же знака. Так как ближняя часть находится на меньшем расстоянии, сила притяжения превосходит силу отталкивания. После соприкосновения часть заряда с палочки переходит на гильзу, в результате чего они приобретают одноимённые заряды и, согласно закону Кулона, начинают отталкиваться друг от друга.