Номер 2, страница 173 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Что такое статическое электричество?

Статическое электричество — это явление, при котором на поверхности или внутри различных объектов, в основном диэлектриков, накапливается электрический заряд. Слово «статическое» означает, что заряд находится в состоянии покоя, в отличие от электрического тока, где заряды постоянно движутся. Этот заряд возникает из-за нарушения электрического равновесия, то есть когда в теле образуется избыток или недостаток электронов. Тела, обладающие таким зарядом, могут притягивать или отталкивать другие тела, а при определенных условиях заряд может «стечь» с тела, что сопровождается искровым разрядом.

Ответ: Статическое электричество — это дисбаланс положительных и отрицательных зарядов на поверхности объекта, который создает электрическое поле и может приводить к притяжению, отталкиванию или искровым разрядам.

Как возникает статическое электричество?

Основной причиной возникновения статического электричества является контакт и последующее разделение двух материалов. Этот процесс называется трибоэлектрической электризацией. Все вещества состоят из атомов, которые в обычном состоянии электрически нейтральны, так как число положительно заряженных протонов в ядре равно числу отрицательно заряженных электронов на орбитах. При тесном контакте и трении электроны могут переходить с одного материала на другой. Материал, который отдал электроны, становится заряженным положительно, а материал, который их получил, — отрицательно. Способность материалов отдавать или принимать электроны описывается трибоэлектрическим рядом. Например, при трении шерсти о резину, резина забирает электроны у шерсти и становится отрицательно заряженной, а шерсть — положительно.

Ответ: Статический заряд возникает в результате трения или контакта двух различных материалов, что приводит к переходу электронов от одного материала к другому и созданию на них зарядов противоположных знаков.

Примеры в быту и природе

Мы постоянно сталкиваемся со статическим электричеством в повседневной жизни. Вот несколько распространенных примеров:

• Если потереть воздушный шарик о волосы, он начнет притягивать волосы или сможет «прилипнуть» к стене.
• После ходьбы по синтетическому ковру в сухой день можно получить небольшой удар током, прикоснувшись к металлической дверной ручке.
• Синтетическая одежда, особенно после сушки в машине, «трещит» и прилипает к телу.
• Экран телевизора или монитора притягивает пыль, так как его поверхность заряжается во время работы.

Самым грандиозным природным проявлением статического электричества является молния. Она представляет собой гигантский искровой разряд, который возникает между грозовыми облаками или между облаком и землей из-за накопления огромных статических зарядов.

Ответ: Проявления статического электричества включают прилипание воздушного шарика к стене, удары током от дверных ручек, треск синтетической одежды и молнии во время грозы.

Опасность и защита

Несмотря на то, что в быту статическое электричество чаще всего безобидно, в некоторых ситуациях оно может представлять серьезную опасность. Искровой разряд может воспламенить горючие пары (например, на автозаправочной станции) или взрывоопасную пыль (на мукомольных предприятиях, в шахтах), что может привести к пожарам и взрывам. Кроме того, электростатический разряд (ЭСР) губителен для чувствительных электронных компонентов, таких как микросхемы. Для защиты от статического электричества применяются различные методы:

• Заземление: соединение оборудования с землей для безопасного отвода накопившегося заряда.
• Повышение влажности воздуха: влажный воздух лучше проводит электричество, способствуя «стеканию» заряда.
• Использование антистатических материалов: специальная одежда, обувь, браслеты, коврики и упаковка, которые не накапливают заряд или проводят его на землю.
• Ионизаторы воздуха: устройства, которые насыщают воздух ионами, нейтрализующими статические заряды на поверхностях.

Ответ: Статическое электричество опасно возможностью воспламенения горючих веществ и повреждения электроники; для защиты используют заземление, увлажнение воздуха и антистатические материалы.

Применение статического электричества

Человек научился использовать статическое электричество в своих целях. Вот несколько важных областей его применения:

• Копировальные аппараты и лазерные принтеры: В основе их работы лежит электрофотография. Светочувствительный барабан заряжается, затем лазер (или свет от оригинала) снимает заряд с освещенных участков. К оставшимся заряженным участкам прилипают частицы тонера (сухих чернил), которые затем переносятся на бумагу и закрепляются нагревом.
• Электростатические фильтры: Используются для очистки воздуха от пыли и дыма на промышленных предприятиях. Частицы загрязнителей получают электрический заряд и затем притягиваются к противоположно заряженным пластинам-осадителям.
• Электростатическая покраска: Частицам краски придают один заряд, а окрашиваемой детали (например, кузову автомобиля) — противоположный. Это позволяет краске равномерно распределяться по поверхности, огибая ее, и значительно сокращает потери материала.

Ответ: Статическое электричество нашло полезное применение в технологиях копирования и печати, в промышленных фильтрах для очистки воздуха и в методах эффективной покраски изделий.

Простой опыт: «Притяжение струи воды»

Этот простой эксперимент наглядно демонстрирует силу электростатического притяжения.

1. Что понадобится: пластиковая расческа (или линейка, воздушный шарик), источник тонкой струйки воды (кран на кухне или в ванной), сухие волосы или шерстяная ткань.
2. Что делать: Откройте кран так, чтобы из него текла ровная, тонкая струйка воды. Затем энергично потрите расческу о сухие волосы или шерстяную ткань, чтобы зарядить ее. Медленно поднесите заряженную расческу к струйке воды, не касаясь ее.
3. Наблюдение: Вы увидите, как струйка воды изгибается и притягивается к расческе.
4. Объяснение: Молекулы воды являются полярными, то есть у них есть положительно и отрицательно заряженные стороны. Когда вы подносите заряженную (например, отрицательно) расческу, она притягивает положительные стороны молекул воды и отталкивает отрицательные. В результате вся струя, оставаясь в целом нейтральной, притягивается к расческе. Сила притяжения описывается законом Кулона: $F = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2}$.

Ответ: Заряженный предмет (расческа) способен притягивать тонкую струю воды за счет электростатической индукции (поляризации полярных молекул воды).

Викторина: «Проверь себя»

1. Почему, снимая шерстяной свитер через голову в темноте, можно услышать треск и увидеть искорки?
2. Какого знака заряд приобретает стеклянная палочка, если ее потереть о шелк? (Подсказка: стекло легче отдает электроны, чем шелк).
3. Как называется устройство, использующее статическое электричество для очистки промышленных газов от пыли?
4. Что является причиной того, что воздушный шарик, потертый о волосы, «прилипает» к потолку?

Ответ: 1. Из-за трения свитера о тело и волосы происходит электризация, и при снятии накопленный статический заряд разряжается в виде маленьких искорок, что сопровождается треском. 2. Стеклянная палочка отдает электроны шелку и приобретает положительный заряд. 3. Электростатический фильтр (или электрофильтр). 4. Сила электростатического притяжения между заряженным шариком и поверхностью потолка, на которой шарик индуцирует заряд противоположного знака.