Теория:
Возьмём два одинаковых электрометра и один из них зарядим (рис. а). Его заряд соответствует \(6\) делениям шкалы.
Рис. \(1\). Электрометры
Если соединить эти электрометры стеклянной палочкой, то никаких изменений не произойдёт. Это подтверждает тот факт, что стекло является диэлектриком. Если же для соединения электрометров использовать металлический стержень А (рис. б), держа его за не проводящую электричество ручку В, то можно заметить, что первоначальный заряд разделится на две равные части: половина заряда перейдёт с первого шара на второй. Теперь заряд каждого электрометра соответствует \(3\) делениям шкалы. Продолжим опыт. Разъединим электрометры и коснёмся второго шара рукой. От этого он потеряет заряд — разрядится. Соединим его снова с первым шаром, на котором осталась половина первоначального заряда. Оставшийся заряд снова разделится на две равные части, и на первом шаре останется четвёртая часть первоначального заряда. Таким же образом можно получить одну восьмую часть, одну шестнадцатую часть первоначального заряда и т.д.
Возникает вопрос, до каких пор можно уменьшать заряд? Существует ли предел деления электрического заряда? Чтобы выяснить это, понадобилось выполнить более сложные и точные опыты, чем описанный выше, так как очень скоро оставшийся на шаре заряд оказывается столь малым, что обнаружить его при помощи школьного электрометра не удаётся. Более точные опыты показали, что электрический заряд нельзя уменьшать бесконечно: он имеет предел делимости.
Возникает вопрос, до каких пор можно уменьшать заряд? Существует ли предел деления электрического заряда? Чтобы выяснить это, понадобилось выполнить более сложные и точные опыты, чем описанный выше, так как очень скоро оставшийся на шаре заряд оказывается столь малым, что обнаружить его при помощи школьного электрометра не удаётся. Более точные опыты показали, что электрический заряд нельзя уменьшать бесконечно: он имеет предел делимости.
Электрический заряд — это физическая величина, которую обозначают буквой \(q\).
Чтобы узнать заряд тела, необходимо заряд электрона умножить на количество зарядов n:
.
Электрон — очень маленькая частица. Его масса \(m =\) кг. Крылышко мухи имеет массу примерно в \(5·10²²\) большую, чем масса электрона.
Если тело не заряжено и при электризации оно приобрело электроны, то оно зарядится отрицательно. Его заряд будет равен сумме зарядов полученных электронов.
Обрати внимание!
Если тело заряжено отрицательно и при электризации оно ещё приобретает электроны, то отрицательный заряд тела возрастает.
Пример:
Например, до электризации тело с зарядом \(2е\) в ходе электризации приобретает ещё \(4\) заряда электрона. Тогда после электризации заряд тела равен \(2е + 4е = 6е\).
Обрати внимание!
Если тело заряжено отрицательно и при электризации оно теряет электроны, то отрицательный заряд тела уменьшается.
Например, до электризации тело с зарядом \(8е\) в ходе электризации теряет \(3\) заряда электрона. Тогда после электризации заряд тела равен \(8е - 3е = 5е\).
Все вещества состоят из атомов.
Обрати внимание!
Атом состоит из ядра, а вокруг него движутся электроны.
Модель атома можно представить себе следующим образом:
Рис. \(2\). Модель атома
Обрати внимание!
Ядро тоже имеет свой состав: протоны и нейтроны.
Информация об этих частицах дана в таблице.
Частицы | Обозначение | Заряд (условные единицы) | Заряд, Кл | Масса, кг |
Протон | p | +1 | ||
Нейтрон | n | 0 | \(0\) | |
Электрон | e | -1 | \(-1,6·10^{-19}\) |
Рис. \(3\). Состав атома
Обрати внимание!
Атом не имеет заряда, т.к. количество электронов в атоме равно количеству протонов.
Количество нейтронов в атомах может быть отлично от количества протонов и электронов.
Атом, потерявший один или несколько электронов, не будет нейтральным, а будет иметь заряд «+». Его называют положительным ионом.
Атом, потерявший один или несколько электронов, не будет нейтральным, а будет иметь заряд «+». Его называют положительным ионом.
Атом, потерявший один или несколько электронов, называют положительным ионом.
Атом, к которому присоединился электрон, приобретает заряд «-» и становится отрицательным ионом.
Атом, к которому присоединился один или несколько электронов, называется отрицательным ионом.
Нейтральный атом | Отрицательный ион | Положительный ион |
 |  |  |
Рис. \(4\). Число протонов и электронов одинаково | Рис. \(5\). Число электронов больше числа протонов | Рис. \(6\). Число электронов меньше числа протонов |
Узнать, сколько тех или иных частиц содержит нейтральный атом, поможет периодическая система химических элементов (таблица Менделеева). Любой элемент в таблице имеет порядковый номер и относительную атомную массу.
Рис. \(7\). Обозначение элемента в периодической таблице
Обрати внимание!
Количество протонов, а также электронов в нейтральном атоме всегда совпадает с порядковым номером.
Количество нейтронов равно разности относительной атомной массы (выраженной целым числом) и порядкового номера.
Количество нейтронов равно разности относительной атомной массы (выраженной целым числом) и порядкового номера.
Элемент | Порядковый номер | Относительная атомная масса | Число протонов | Число электронов | Число нейтронов |
Медь | 29 | 63,546 | 29 | 29 | 64 - 29=35 |
Зная строение атома, можно объяснить электризацию тел.
Обрати внимание!
При трении двух тел электроны переходят с одного тела (где силы притяжения к ядру меньше) на другое (в котором эти силы больше).
Зная строение атома, можно объяснить существование проводников и диэлектриков.
Проводник — это тело, внутри которого содержится достаточное количество свободных электрических зарядов.
Так, в металлах это — электроны, в растворах солей, кислот, щелочей — положительные и отрицательные ионы. Например, когда прикасаются металлической проволокой к отрицательно заряженному электрометру, свободные электроны передвигаются по проволоке, а электрометр разряжается.
Изолятор (или диэлектрик) — тело, не содержащее внутри свободные электрические заряды.
Поэтому прикосновение деревянной линейки к заряженному электрометру не вызывает никаких изменений.
Зная строение атома, можно объяснить явление притяжения ненаэлектризованных тел к наэлектризованным.
Зная строение атома, можно объяснить явление притяжения ненаэлектризованных тел к наэлектризованным.
Рис. \(8\). Воздействие положительно заряженной палочки на гильзу
В металлической гильзе есть свободные электроны. Под действием электрического поля палочки они приходят в движение, так как начинают притягиваться к ней. В результате происходит перераспределение заряда. Электроны скапливаются на стороне, которая ближе к палочке, и она заряжается отрицательно. На противоположной стороне недостаток электронов, поэтому она заряжается положительно. Но в целом заряд гильзы равен нулю (в соответствии с законом сохранения заряда).
Рис. \(9\). Распределение заряда при воздействии на нейтральную гильзу положительно заряженной палочки
Если палочка будет заряжена отрицательно, то свободные электроны будут отталкиваться от неё и перемещаться в противоположную сторону.
Рис. \(10\). Распределение заряда при воздействии на нейтральную гильзу отрицательно заряженной палочки
По такому же принципу происходит отклонение листочков незаряженного электроскопа при поднесении к нему (не касаясь) заряженной палочки.
Рис. \(11\). Распределение заряда на электроскопе
Электрическое поле палочки вызывает перераспределение зарядов в металлическом стержне электроскопа. В верхней части будет избыток электронов, а в нижней — недостаток. Поэтому оба листочка зарядятся положительно и оттолкнутся друг от друга.
Источники:
Рис. 1. Электрометры. © ЯКласс.
Рис. 2. Модель атома. © ЯКласс.
Рис. 3. Состав атома. © ЯКласс.
Рис. 4. Число протонов и электронов одинаково. © ЯКласс.
Рис. 5. Число электронов больше числа протонов. © ЯКласс.
Рис. 6. Число электронов меньше числа протонов. © ЯКласс.
Рис. 7. Обозначение элемента в периодической таблице. © ЯКласс.
Рис. 8. Воздействие положительно заряженной палочки на гильзу. © ЯКласс.
Рис. 9. Распределение заряда при воздействии на нейтральную гильзу положительно заряженной палочки. © ЯКласс.
Рис. 10. Распределение заряда при воздействии на нейтральную гильзу отрицательно заряженной палочки. © ЯКласс.
Рис. 11. Распределение заряда на электроскопе. © ЯКласс.
Рис. 2. Модель атома. © ЯКласс.
Рис. 3. Состав атома. © ЯКласс.
Рис. 4. Число протонов и электронов одинаково. © ЯКласс.
Рис. 5. Число электронов больше числа протонов. © ЯКласс.
Рис. 6. Число электронов меньше числа протонов. © ЯКласс.
Рис. 7. Обозначение элемента в периодической таблице. © ЯКласс.
Рис. 8. Воздействие положительно заряженной палочки на гильзу. © ЯКласс.
Рис. 9. Распределение заряда при воздействии на нейтральную гильзу положительно заряженной палочки. © ЯКласс.
Рис. 10. Распределение заряда при воздействии на нейтральную гильзу отрицательно заряженной палочки. © ЯКласс.
Рис. 11. Распределение заряда на электроскопе. © ЯКласс.