Номер 3, страница 109 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

3*. Попробуйте объяснить, почему электрически нейтральные тела притягиваются к наэлектризованным (например, кусочки бумаги или струйки воды — к наэлектризованной палочке).

Решение

Притяжение электрически нейтральных тел к наэлектризованным объясняется явлением, которое называется электростатическая индукция или поляризация диэлектриков.

Любое вещество, включая бумагу и воду, состоит из атомов и молекул. Атомы и молекулы содержат положительно заряженные ядра и отрицательно заряженные электроны. В электрически нейтральном теле суммарный положительный заряд равен суммарному отрицательному, и в отсутствие внешнего электрического поля эти заряды распределены так, что их действие вовне скомпенсировано.

Когда к нейтральному телу, например, к кусочку бумаги, подносят заряженное тело (допустим, отрицательно заряженную палочку), его электрическое поле воздействует на заряды внутри бумаги. Происходит их перераспределение:

• Положительные заряды (ядра атомов) в молекулах бумаги смещаются в сторону отрицательной палочки (притягиваются).
• Отрицательные заряды (электроны) смещаются в противоположную сторону (отталкиваются).

Хотя заряды не могут покинуть свои молекулы (так как бумага — диэлектрик), внутри каждой молекулы происходит разделение зарядов. В результате на той стороне нейтрального тела, которая обращена к палочке, образуется избыточный положительный заряд, а на противоположной, дальней стороне — избыточный отрицательный заряд. Нейтральное тело поляризуется.

Теперь на нейтральное тело со стороны заряженной палочки действуют две основные силы:

1. Сила притяжения между отрицательным зарядом палочки и индуцированным положительным зарядом на ближней стороне нейтрального тела.
2. Сила отталкивания между отрицательным зарядом палочки и индуцированным отрицательным зарядом на дальней стороне нейтрального тела.

Согласно закону Кулона, сила электрического взаимодействия обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами ($F \sim \frac{1}{r^2}$). Так как ближняя сторона нейтрального тела с противоположным зарядом находится на меньшем расстоянии от палочки, чем дальняя сторона с одноименным зарядом, сила притяжения оказывается сильнее силы отталкивания.

Результирующая этих двух сил направлена в сторону заряженной палочки, поэтому мы наблюдаем притяжение нейтрального тела.

В случае со струйкой воды эффект проявляется особенно ярко, так как молекулы воды ($H_2O$) являются полярными, то есть представляют собой постоянные электрические диполи. В электрическом поле заряженной палочки эти диполи просто ориентируются своими положительными полюсами к отрицательной палочке, что приводит к сильному притяжению.

Ответ: Электрически нейтральные тела притягиваются к наэлектризованным вследствие явления электростатической индукции (поляризации). Электрическое поле заряженного тела вызывает перераспределение зарядов в нейтральном теле: на его ближней стороне концентрируется заряд, противоположный по знаку заряду тела, а на дальней — одноименный. Так как сила взаимодействия убывает с расстоянием, сила притяжения к ближайшим разноименным зарядам оказывается больше силы отталкивания от дальних одноименных зарядов. В результате возникает результирующая сила притяжения.