Номер 2, страница 109 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

2. Почему при электризации трением на телах появляются равные по абсолютному значению, но противоположные по знаку заряды?

1. Объясните электризацию тел при соприкосновении.

Электризация тел при соприкосновении — это явление приобретения телами электрического заряда в результате их контакта. В основе этого явления лежит атомное строение вещества и способность электронов переходить от одного тела к другому.

Все тела состоят из атомов, в центре которых находится положительно заряженное ядро, а вокруг него движутся отрицательно заряженные электроны. В обычном состоянии тело электрически нейтрально, так как суммарный положительный заряд ядер равен суммарному отрицательному заряду электронов.

Когда два тела из разных материалов приводятся в тесный контакт, электроны, которые слабее связаны с атомами одного тела, могут перейти на другое тело, где связь с атомами оказывается прочнее. Способность вещества отдавать или принимать электроны характеризуется величиной, называемой работой выхода электрона. У вещества с меньшей работой выхода электроны переходят к веществу с большей работой выхода.

В результате этого процесса:

• Тело, которое отдало электроны, испытывает их недостаток. Общий положительный заряд ядер становится больше общего отрицательного заряда оставшихся электронов, и тело приобретает положительный заряд.
• Тело, которое приняло электроны, получает их избыток. Его суммарный отрицательный заряд становится больше суммарного положительного заряда, и тело приобретает отрицательный заряд.

Трение (интенсивное соприкосновение) значительно усиливает этот эффект, поскольку увеличивает площадь контакта и обеспечивает дополнительную энергию, необходимую для отрыва электронов.

Ответ: Электризация при соприкосновении происходит из-за перехода электронов от одного тела к другому. Тело, отдавшее электроны, заряжается положительно, а тело, принявшее электроны, — отрицательно. Направление перехода электронов зависит от свойств материалов (от их работы выхода).

2. Почему при электризации трением на телах появляются равные по абсолютному значению, но противоположные по знаку заряды?

Появление на телах равных по модулю и противоположных по знаку зарядов объясняется законом сохранения электрического заряда.

Когда два тела электризуются трением, они образуют замкнутую (электрически изолированную) систему. До начала взаимодействия оба тела, как правило, электрически нейтральны, и их суммарный заряд равен нулю. В процессе электризации не происходит создание или уничтожение зарядов, а лишь их перераспределение: электроны переходят с одного тела на другое.

Если с одного тела на другое перешло $N$ электронов, то:

• Тело, потерявшее $N$ электронов, приобретает положительный заряд $q_1 = +N \cdot e$, где $e$ — элементарный заряд (модуль заряда электрона).
• Тело, получившее эти $N$ электронов, приобретает отрицательный заряд $q_2 = -N \cdot e$.

Абсолютные значения (модули) этих зарядов равны: $|q_1| = |q_2| = N \cdot e$. Знаки зарядов, очевидно, противоположны.

Закон сохранения заряда для этой системы выполняется, так как суммарный заряд системы остается неизменным (равным нулю):$q_{общий} = q_1 + q_2 = (+N \cdot e) + (-N \cdot e) = 0$.Таким образом, сколько заряда "убыло" с одного тела, ровно столько же "прибыло" на другое, что и приводит к появлению равных по модулю и противоположных по знаку зарядов.

Ответ: Это является следствием закона сохранения электрического заряда. В процессе трения электроны лишь перераспределяются между телами замкнутой системы. Сколько электронов покинуло одно тело (создав на нем положительный заряд), ровно столько же их перешло на второе тело (создав на нем равный по модулю отрицательный заряд).

3. Какую систему [образуют тела, участвующие в электризации?]

Тела, участвующие в процессе электризации путем трения или соприкосновения, образуют электрически изолированную (или замкнутую) систему.

Система тел называется электрически изолированной, если она не обменивается электрическими зарядами с телами, не входящими в эту систему. То есть, в такой системе заряженные частицы могут перемещаться только между телами внутри самой системы, но не могут покидать ее или поступать в нее извне.

Для таких замкнутых систем справедлив закон сохранения электрического заряда, который утверждает, что алгебраическая сумма электрических зарядов всех тел, входящих в систему, есть величина постоянная:

$q_1 + q_2 + ... + q_n = \text{const}$

Применительно к электризации двух изначально нейтральных тел ($q_{1,нач}=0, q_{2,нач}=0$), их суммарный заряд до взаимодействия равен нулю. После взаимодействия их заряды становятся $q_{1,кон}$ и $q_{2,кон}$. Согласно закону сохранения заряда:$q_{1,нач} + q_{2,нач} = q_{1,кон} + q_{2,кон}$$0 = q_{1,кон} + q_{2,кон}$Из этого равенства следует, что $q_{1,кон} = -q_{2,кон}$, что доказывает появление на телах равных по модулю и противоположных по знаку зарядов.

Ответ: Тела, участвующие в электризации трением, образуют электрически изолированную (замкнутую) систему. Это система, которая не обменивается зарядами с окружающей средой, и для которой выполняется закон сохранения электрического заряда.