Объяснение электризации тел

Знания о строении атомов помогают объяснить электризацию тел при соприкосновении.

В обычных условиях число электронов в любом теле равно числу протонов в нем. Все электроны одинаковы, и каждый из них имеет наименьший отрицательный заряд. Все протоны также одинаковы, и каждый из них имеет положительный заряд, равный заряду электрона. Значит, сумма всех отрицательных зарядов в теле равна по абсолютному значению сумме всех положительных зарядов в нем и тело в целом не имеет заряда: оно электрически нейтрально.

Если же нейтральное тело приобретет электроны от какого-нибудь другого тела, то оно получит отрицательный заряд. Таким образом, тело заряжено отрицательно в том случае, если оно обладает избыточным, по сравнению с нормальным, числом электронов.

А если нейтральное тело теряет электроны, то оно получает положительный заряд. Таким образом, тело обладает положительным зарядом, если у него недостаточно электронов.

Следовательно, тело электризуется, т. е. получает электрический заряд, когда оно приобретает или теряет электроны.

Когда эбонитовую палочку трут о шерсть, то она, как мы уже знаем, заряжается отрицательно, а шерсть при этом заряжается положительно. Это объясняется тем, что при трении электроны переходят с шерсти на эбонит, т. е. с того вещества, в котором силы их притяжения к ядру атома меньше, на то вещество, в котором эти силы больше. Теперь в эбонитовой палочке будет избыток электронов, а в куске шерсти — недостаток их.

Как показывает опыт, заряды шерсти и эбонитовой палочки равны по абсолютному значению. Это и понятно. Ведь сколько электронов ушло с шерсти, столько же их прибавилось на эбоните.

Значит, при электризации тел заряды не создаются, а только разделяются: часть отрицательных зарядов переходит с одного тела на другое.

Существование проводников и изоляторов можно объяснить, зная строение атома. Те электроны, которые движутся в атоме, располагаясь дальше от ядра, притягиваются к нему слабее, чем ближние электроны. Особенно слабо удерживаются эти удаленные электроны атомами металлов. Поэтому в металлах электроны, наиболее удаленные от ядра, покидают свое место и свободно движутся между атомами. Эти электроны называют свободными электронами. Те вещества, в которых есть свободные электроны, являются проводниками.

Соединим незаряженный электроскоп с отрицательно заряженным при помощи металлического стержня. Свободные электроны стержня окажутся в электрическом поле и придут в движение по направлению к незаряженному электроскопу, и он зарядится отрицательно.

В эбоните, резине, пластмассах и многих других неметаллах электроны прочно удерживаются в своих атомах и не могут двигаться свободно. Поэтому такие вещества являются непроводниками, или диэлектриками.

Знания об электроне и о строении атома позволяют объяснить явление, с которого мы начали изучение электричества: притяжение предварительно ненаэлектризованных тел к наэлектризованным. Почему, например, притягивается к заряженной палочке гильза, которую мы предварительно не наэлектризовали? Ведь мы знаем, что электрическое поле действует только на заряженные тела.

Дело в том, что в гильзе есть свободные электроны. Как только гильза будет внесена в электрическое поле, электроны придут в движение под действием сил поля. Если палочка заряжена положительно, то электроны перейдут на тот конец гильзы, который расположен ближе к палочке. Этот конец гильзы зарядится отрицательно. На противоположном конце гильзы будет недостаток электронов, и этот конец окажется заряженным положительно (рис. 224, а). Отрицательно заряженный край гильзы ближе к палочке, поэтому гильза притянется к ней (рис. 224, б). Когда гильза коснется палочки, то часть электронов с нее перейдет на положительно заряженную палочку, и на гильзе останется положительный заряд (рис. 224, в).

Если заряд передают от заряженного шара к незаряженному и размеры шаров одинаковы, то заряд разделится пополам. Но если второй, незаряженный шар больше, чем первый, то на него перейдет больше половины заряда. Чем больше тело, которому передают заряд, тем большая часть заряда на него перейдет. На этом основано так называемое заземление — передача заряда земле. Земной шар велик по сравнению с телами, находящимися на нем. Поэтому при соприкосновении с землей заряженное тело отдает ей почти весь свой заряд и практически становится электрически нейтральным.

Вопросы. 1. Объясните электризацию тел при соприкосновении. 2. Почему при электризации трением на телах появляются равные по абсолютному значению, но противоположные по знаку заряды? 3. Как передается гильзе заряд с тела, наэлектризованного отрицательно? положительно? 4. От чего зависит заряд, переходящий на ненаэлектризованное тело при соприкосновении его с наэлектризованным телом? 5. Почему при заземлении в землю уходит с тела почти весь заряд?

Упражнения. 1. Почему можно, держа в руке, наэлектризовать трением эбонитовую палочку и нельзя металлический стержень? 2. При наливании бензина корпус бензовоза обязательно соединяют с землей при помощи металлического проводника. Зачем это делают? 3. При соединении поврежденных проводов монтер надевает резиновые перчатки. Зачем он это делает?