Вариант 8, страница 77 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Самостоятельные работы. СР-6. Электризация тел. Электрическое поле. Строение атома - страница 77.

Условие.

Вариант 8

1. Правильно ли утверждение, что два заряда, равные по модулю, но противоположные по знаку, уничтожаются, если их поместить на один и тот же проводник?

2. Бывали случаи, когда очень быстро поднимающийся аэростат загорался в воздухе (не от неосторожного обращения с огнём). Чем это объяснить?

3. Может ли атом водорода или другого вещества лишиться заряда, равного $0,25$ заряда электрона?

Решение.

1. Правильно ли утверждение, что два заряда, равные по модулю, но противоположные по знаку, уничтожаются, если их поместить на один и тот же проводник?

Утверждение в целом верно, но требует уточнения в терминологии. Когда два заряда, равные по модулю ($|q_1| = |q_2|$) и противоположные по знаку (например, $q_1 = +q$ и $q_2 = -q$), помещаются на один проводник, происходит их взаимная нейтрализация. Проводник — это тело, в котором есть свободные носители заряда (в металлах — электроны). Положительный заряд на проводнике означает недостаток электронов, а отрицательный — их избыток.

При помещении на проводник избыточные электроны (создающие отрицательный заряд) перемещаются к областям с недостатком электронов (создающим положительный заряд) и компенсируют его. В результате суммарный заряд проводника становится равным нулю: $Q_{общ} = q_1 + q_2 = (+q) + (-q) = 0$.

Однако физический термин «уничтожаются» (аннигиляция) здесь не совсем корректен. Аннигиляция — это процесс, при котором частица и античастица (например, электрон и позитрон) сталкиваются и превращаются в другие частицы (например, в фотоны). В данном случае сами носители заряда (электроны и ионы кристаллической решетки) не исчезают. Происходит лишь перераспределение свободных электронов, которое приводит к тому, что макроскопический заряд проводника становится равным нулю. Таким образом, заряды не уничтожаются, а компенсируют друг друга.

Ответ: Да, утверждение по сути правильно. Суммарный заряд проводника станет равным нулю, так как заряды взаимно скомпенсируют (нейтрализуют) друг друга. Однако более точным термином является «нейтрализация», а не «уничтожение».

2. Бывали случаи, когда очень быстро поднимающийся аэростат загорался в воздухе (не от неосторожного обращения с огнём). Чем это объяснить?

Это явление можно объяснить возникновением статического электричества. При быстром движении аэростата через воздух происходит его трение о молекулы воздуха, пылинки и водяные капли. В результате этого трения (трибоэлектрического эффекта) на оболочке аэростата накапливается значительный статический электрический заряд.

Когда величина накопленного заряда становится достаточно большой, разность потенциалов между различными частями аэростата или между аэростатом и окружающим воздухом может достигнуть критического значения. Если эта разность потенциалов превышает диэлектрическую прочность воздуха, происходит электрический разряд — искра.

Многие аэростаты и дирижабли прошлого (например, «Гинденбург») были наполнены взрывоопасным водородом. Даже небольшая искра от статического разряда могла воспламенить водород, что приводило к пожару и катастрофе.

Ответ: Возгорание объясняется накоплением на оболочке аэростата большого заряда статического электричества из-за трения о воздух при быстром подъеме. Этот заряд приводит к искровому разряду, который воспламеняет горючий газ (например, водород) или другие легковоспламеняющиеся материалы аэростата.

3. Может ли атом водорода или другого вещества лишиться заряда, равного 0,25 заряда электрона?

Нет, не может. Это противоречит одному из фундаментальных законов природы — закону квантования электрического заряда. Этот закон гласит, что любой электрический заряд $\text{q}$ в природе является кратным элементарному электрическому заряду $\text{e}$, то есть равен по модулю заряду электрона.

Математически это выражается формулой: $q = n \cdot e$, где $e \approx 1,6 \cdot 10^{-19}$ Кл, а $\text{n}$ — целое число ($n = 0, \pm1, \pm2, \ldots$).

Атомы электризуются (становятся ионами) в результате потери или приобретения одного или нескольких электронов. Поскольку электрон является носителем элементарного заряда, атом может потерять или приобрести заряд, равный только целому числу зарядов электрона ($1e, 2e, 3e, \ldots$). Потерять или приобрести дробную часть электрона, например 0,25 электрона, невозможно.

Хотя в физике элементарных частиц существуют кварки, имеющие дробные заряды ($+2/3 e$ и $-1/3 e$), они не существуют в свободном состоянии, а всегда объединены в адроны (например, протоны и нейтроны) так, что суммарный заряд адрона всегда кратен $\text{e}$. Процессы ионизации атомов не затрагивают составляющие их протоны и нейтроны, а связаны только с обменом целыми электронами.

Ответ: Нет, не может. Электрический заряд квантован, то есть существует в виде порций, кратных элементарному заряду (заряду электрона). Атом может потерять или приобрести только целое число электронов.