Что тела можно доказать безвоздушном все заряженные пространстве взаимодействуют в
§ 27. Электрическое поле
Опыты, позволяющие обнаружить притяжение или отталкивание заряженных тел, убеждают нас в том, что электрические заряды взаимодействуют на расстоянии. Причём чем ближе друг к другу находятся наэлектризованные тела, тем взаимодействие между ними сильнее, чем дальше — тем слабее.
При изучении механики мы видели, что действие одного тела на другое происходит непосредственно при их взаимодействии. Как же объяснить взаимодействие наэлектризованных тел? В наших опытах наэлектризованные тела находились друг от друга на некотором расстоянии. Может быть, действие одного наэлектризованного тела на другое передается через воздух, находящийся между телами? Однако заряженные тела взаимодействуют и в безвоздушном пространстве. Если поместить заряженный электроскоп под колокол воздушного насоса, то листочки электроскопа по-прежнему отталкиваются друг от друга (рис. 36). (Из- под колокола воздух откачан.) Изучением взаимодействия электрических зарядов занимались английские физики Майкл Фарадей и Джеймс Максвелл.
В результате длительного изучения электрических явлений установлено, что всякое заряженное тело окружено электрическим полем.
Электрическое поле — это особый вид материи, отличающийся от вещества.
Наши органы чувств не воспринимают электрическое поле. Обнаружить поле можно благодаря тому, что оно действует на всякий находящийся в нём заряд. Именно этим и объясняется взаимодействие наэлектризованных тел. Электрическое поле, окружающее один из зарядов, действует с некоторой силой на другой заряд, помещённый в поле первого заряда. И наоборот, электрическое поле второго заряда действует на первый.
Сила, с которой электрическое поле действует на внесённый в него электрический заряд, называется электрической силой.
Когда мы подносили заряженную палочку к заряженной гильзе, то наблюдали отталкивание гильзы. Мы тем самым обнаруживали электрическое поле палочки по его действию на заряд, находящийся на гильзе. Но и гильза своим полем действовала на эбонитовую палочку. Таким образом, в случае наэлектризованных тел наблюдается взаимодействие.
Многочисленные опыты позволяют сделать вывод о том, что вблизи заряженного тела действие поля сильнее, а по мере удаления от него действие поля ослабевает.
Так, поднесём к гильзе палочку, имеющую заряд противоположного знака. По мере приближения палочки к гильзе угол отклонения гильзы будет увеличиваться (рис. 37). Следовательно, чем ближе расположены заряженные тела, тем сильнее действие поля.
Поскольку на любой заряд, находящийся в электрическом поле, действует сила, значит, при перемещении заряда полем совершается работа. А если поле способно совершить работу, то оно обладает энергией.
Вопросы
1. Опишите опыт, который показывает, что электрическое взаимодействие передаётся не через воздух.
2. Чем отличается пространство, окружающее наэлектризованное тело, от пространства, окружающего ненаэлектризованное тело?
3. Как можно обнаружить электрическое поле?
4. Как изменяется сила, действующая на заряженную гильзу при удалении её от заряженного тела? Как это показать на опыте?
Упражнение 19
1. Куда будут двигаться отрицательно заряженные пушинки, попавшие в электрическое поле потёртой мехом эбонитовой палочки?
2. К заряженной гильзе поднесли палочку, имеющую заряд противоположного знака. Как будет меняться отклонение гильзы по мере приближения палочки? Почему?
8 Достаточный уровень
Решебник по физике Л.А. Кирик Самостоятельные и контрольные работы
1. а) Будут ли взаимодействовать близко расположенные электрические заряды в безвоздушном пространстве, например на Луне, где нет атмосферы?
Да, поскольку вокруг каждого электрического заряда существует электрическое поле.
б) Можно ли объяснить электризацию тел перемещением атомов и молекул? Почему?
Нет, атомы и молекулы не перемещаются.
2. а) Какими опытами можно подтвердить, что электрическое поле обладает энергией?
С помощью магнетометра, вольтметра.
б) Что позволяет утверждать, что вокруг заряженного тела существует электрическое поле?
Так, например, заряженная гильза, оказавшаяся в электрическом поле наэлектризованной палочки, подверглась действию силы притяжения к ней.
3. а) Почему стрелка электроскопа отклоняется, если к нему поднести заряженный предмет, не прикасаясь к электроскопу?
В результате разделения зарядов, происходящего под действием электрического поля, стрелка и нижняя часть стержня электроскопа приобретают одноименные заряды
б) Перечислите основные свойства электрического поля.
4. а) Если к заряженному электроскопу поднести горящую спичку, он довольно быстро разряжается. Объясните это явление.
Пламя увеличивает электропроводность воздуха рядом с электроскопом и создает конвекционный поток переноса
б) Передается ли действие заряженных тел друг на друга в безвоздушном пространстве?
Да, частицы могут перемещаться даже в вакууме.
5. а) Чем отличается пространство, окружающее заряженное тело, от пространства, окружающего незаряженное тело?
В пространстве вокруг заряженного тела существует электрическое поле, незаряженного — не существует.
б) Каковы главные признак и свойство электрического поля?
6. а) Как, по предположению Фарадея, осуществляется взаимодействие заряженных тел? Получило ли это предположение подтверждение на опыте?
Согласно гипотезе Фарадея электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждый из них создает в окружающем пространстве электрическое поле. Поле одного заряда действует на поле другого.
б) Обладают ли металлы экранирующим действием по отношению к электрическому полю?
Металлы отражают электромагнитные волны, диэлектрики ослабляют электрическое поле
Электрического поля внутри металла (проводника) нет, поле внутри диэлектрика ослаблено.
Электростатика. Взаимодействие зарядов. Два вида электрических зарядов.
Простые опыты по электризации различных тел иллюстрируют следующие положения.
1. Существуют заряды двух видов: положительные (+) и отрицательные (-). Положительный заряд возникает при трении стекла о кожу или шелк, а отрицательный — при трении янтаря (или эбонита) о шерсть.
2. Заряды (или заряженные тела) взаимодействуют друг с другом. Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные заряды притягиваются.
3. Состояние электризации можно передать от одного тела к другому, что связано с переносом электрического заряда. При этом телу можно передать больший или меньший заряд, т. е. заряд имеет величину. При электризации трением заряд приобретают оба тела, причем одно — положительный, а другое — отрицательный. Следует подчеркнуть, что абсолютные величины зарядов наэлектризованных трением тел равны, что подтверждается многочисленными измерениями зарядов с помощью электрометров.
Элементарный электрический заряд (е) — это наименьший электрический заряд, положительный или отрицательный, равный величине заряда электрона:
Заряженных элементарных частиц существует много, и почти все они обладают зарядом +e или -e, однако эти частицы весьма недолговечны. Они живут меньше миллионной доли секунды. Только электроны и протоны существуют в свободном состоянии неограниченно долго.
Протоны и нейтроны (нуклоны) составляют положительно заряженное ядро атома, вокруг которого вращаются отрицательно заряженные электроны, число которых равно числу протонов, так что атом в целом электроцентралей.
В обычных условиях тела, состоящие из атомов (или молекул), электрически нейтральны. Однако в процессе трения часть электронов, покинувших свои атомы, может перейти с одного тела на другое. Перемещения электронов при этом не превышают размеров межатомных расстояний. Но если тела после трения разъединить, то они окажутся заряженными; тело, которое отдало часть своих электронов, будет заряжено положительно, а тело, которое их приобрело, — отрицательно.
Итак, тела электризуются, т. е. получают электрический заряд, когда они теряют или приобретают электроны. В некоторых случаях электризация обусловлена перемещением ионов. Новые электрические заряды при этом не возникают. Происходит лишь разделение имеющихся зарядов между электризующимися телами: часть отрицательных зарядов переходит с одного тела на другое.
Определение заряда.
Следует особо подчеркнуть, что заряд является неотъемлемым свойством частицы. Частицу без заряда представить себе можно, но заряд без частицы — нельзя.
Проявляют себя заряженные частицы в притяжении (разноименные заряды) либо в отталкивании (одноименные заряды) с силами, на много порядков превышающими гравитационные. Так, сила электрического притяжения электрона к ядру в атоме водорода в 10 39 раз больше силы гравитационного притяжения этих частиц. Взаимодействие между заряженными частицами называется электромагнитным взаимодействием, а электрический заряд определяет интенсивность электромагнитных взаимодействий.
В современной физике так определяют заряд:
Электрический заряд — это физическая величина, являющаяся источником электрического поля, посредством которого осуществляется взаимодействие частиц, обладающих зарядом.
Что тела можно доказать безвоздушном все заряженные пространстве взаимодействуют в
Подвесим на нити заряженную гильзу и поднесем к ней наэлектризованную стеклянную палочку. Даже при отсутствии непосредственного контакта гильза на нити отклоняется от вертикального положения, притягиваясь к палочке (рис. 13).
Заряженные тела, как видим, способны взаимодействовать друг с другом на расстоянии. Как при этом передается действие от одного из этих тел к другому? Может быть, все дело в воздухе, находящемся между ними? Выясним это на опыте.
Поместим заряженный электроскоп (с вынутыми стеклами) под колокол воздушного насоса, после чего выкачаем из-под него воздух. Мы увидим, что и в безвоздушном пространстве листочки электроскопа по-прежнему будут отталкиваться друг от друга (рис. 14). Значит, в передаче электрического взаимодействия воздух не участвует. Тогда посредством чего все-таки осуществляется взаимодействие заряженных тел? Ответ на этот вопрос дали в своих работах английские ученые М. Фарадей (1791-1867) и Дж. Максвелл (1831-1879).
Согласно учению Фарадея и Максвелла, пространство, окружающее заряженное тело, отличается от пространства, находящегося вокруг ненаэлектризованных тел. Вокруг заряженных тел существует электрическое поле. С помощью этого поля и осуществляется электрическое взаимодействие.
Электрическое поле представляет собой особый вид материи, отличающийся от вещества и существующий вокруг любых заряженных тел.
Ни увидеть его, ни потрогать невозможно. О существовании электрического поля можно судить лишь по его действиям.
Основные свойства электрического поля
Простые опыты позволяют установить основные свойства электрического поля.
1. Электрическое поле заряженного тела действует с некоторой силой на всякое другое заряженное тело, оказавшееся в этом поле.
Об этом свидетельствуют все опыты по взаимодействию заряженных тел. Так, например, заряженная гильза, оказавшаяся в электрическом поле наэлектризованной палочки (см. рис. 13), подверглась действию силы притяжения к ней.
2. Вблизи заряженных тел создаваемое ими поле сильнее, а вдали слабее.
Чтобы убедиться в этом, снова обратимся к опыту с заряженной гильзой (см. рис. 13). Начнем приближать подставку с гильзой к заряженной палочке. Мы увидим, что по мере приближения гильзы к палочке угол отклонения нити от вертикали будет становиться все больше и больше (рис. 15). Увеличение этого угла свидетельствует о том, что, чем ближе гильза к источнику электрического поля (наэлектризованной палочке), тем с большей силой действует на нее это поле. Это и означает, что вблизи заряженного тела создаваемое им поле сильнее, чем вдали.
Следует иметь в виду, что не только заряженная палочка своим электрическим полем действует на заряженную гильзу, но и гильза, в свою очередь, своим электрическим полем действует на палочку. В таком взаимном действии друг на друга и проявляется электрическое взаимодействие заряженных тел.
Электрическая сила
Силу, с которой электрическое поле действует на заряженное тело (или частицу), называют электрической силой:
Под действием этой силы частица, оказавшаяся в электрическом поле, приобретает ускорение а, которое можно определить с помощью второго закона Ньютона:
Со времен Фарадея для графического изображения электрического поля принято использовать силовые линии.
Силовые линии электрического поля
Подобную картину можно наблюдать с помощью простого устройства, называемого электрическим султаном. Сообщив ему заряд, мы увидим, как все его бумажные полоски разойдутся в разные стороны и расположатся вдоль силовых линий электрического поля (рис. 17).
Когда заряженная частица попадает в электрическое поле, ее скорость в этом поле может как увеличиться, так и уменьшиться. Если заряд частицы q>0, то при движении вдоль силовых линий она будет разгоняться, а при движении в противоположном направлении тормозить. Если же заряд частицы q Это интересно знать
Из сегодняшней темы об электрическом поле мы с вами узнали, что оно существует в пространстве, которое находится вокруг электрического заряда.
Давайте посмотрим, как с помощью силовых линий, имеющих направление можно изобразить это электрическое поле с помощью графиков:
А так как атмосфера пронизана этими частицами, которые находясь в непрерывном движении и которым свойственны изменения то на положительные, то на отрицательные ионы, имеют свойство влиять на самочувствие и здоровье человека. А самое интересное то, что большое преобладание положительных ионов в атмосфере способны вызывать неприятные ощущения в нашем организме.
Биологическое действие электромагнитного поля
А сейчас давайте с вами поговорим о биологическом действии ЭМП на здоровье человека и его влияние на живые организмы. Оказывается, что живые организмы, которые находятся в зоне воздействия электромагнитного поля, подвержены сильным факторам его влияния.
Негативно сказывается на здоровье и самочувствии человека его длительное пребывание в области электромагнитного поля. Так, например, у человека с аллергическими заболеваниями, такое воздействие ЭМП может вызвать приступ эпилепсии. А в случае пребывания человека в электромагнитном поле более длительного времени, могут развиться заболевания не только сердечнососудистой и нервной системы, но и вызвать онкологические заболевания.
Ученые доказали, что там, где имеется сильное действие электрического поля, можно наблюдать изменения поведения и у насекомых. Это негативное воздействие может проявляться в виде агрессии, беспокойства и снижения работоспособности.
Под таким воздействием аномальное развитие можно наблюдать и среди растений. Под влиянием электромагнитного поля у растений могут измениться размеры, его форма и количество лепестков.
Интересные факты, связанные с электричеством
Открытия в области электричества является одним из важнейших достижений человека, ведь современную жизнь без этого открытия сейчас даже трудно представить.
А известно ли вам, что в некоторых районах Африки и Южной Америки есть селения, где электричество отсутствует до сих пор. И знаете, как люди выходят из этого положения? Оказывается, они освещают свои жилища с помощью таких насекомых, как светлячки. Они наполняют стеклянные банки этими насекомыми и с помощью светлячков получают свет.
Знаете ли вы, о способности пчел во время полета накапливать положительный заряд электричества? А вот у цветов электрический заряд отрицательный и благодаря этому их пыльца сама притягивается на тело пчелы. Но самое интересное, что поле такого контакта пчелы с цветком, у растения меняется электрическое поле и как бы дает сигнал другим пчелиным особям об уже отсутствии пыльцы на этом растении.
А вот в мире рыб, самыми известными электрическими охотниками, являются скаты. Чтобы обезвредить свою жертву, скат при помощи электрических разрядов парализует ее.
Известно ли вам, что самым сильным электрическим разрядом обладают электрические угри. Эти пресноводные рыбы обладают напряжение тока при разряде которого он может достигать 800 В.
Домашнее задание
1. Что такое электрическое поле?
2. Чем отличается поле от вещества?
3. Перечислите основные свойства электрического поля.
4. Что указывают силовые линии электрического поля?
5. Как находится ускорение заряженной частицы, движущейся в электрическом поле?
6. В каком случае электрическое поле увеличивает скорость частицы и в каком уменьшает ее?
7. Почему нейтральные кусочки бумаги притягиваются к наэлектризованному телу?
8. Объясните, почему после сообщения электрическому султану заряда его бумажные полоски расходятся в разные стороны.
Наэлектризуйте о волосы расческу, после чего коснитесь ею маленького кусочка ваты (пушинки). Что при этом произойдет с ватой? Стряхните пушинку с расчески и, когда она окажется в воздухе, заставьте ее парить на одной и той же высоте, подставляя снизу на некотором расстоянии наэлектризованную расческу. Почему пушинка перестает падать? Что будет удерживать ее в воздухе?
С.В. Громов, И.А. Родина, Физика 9 класс
§ 27. Электрическое поле
Опыты, позволяющие обнаружить притяжение или отталкивание заряженных тел, убеждают нас в том, что электрические заряды взаимодействуют на расстоянии. Причём чем ближе друг к другу находятся наэлектризованные тела, тем взаимодействие между ними сильнее, чем дальше — тем слабее.
При изучении механики мы видели, что действие одного тела на другое происходит непосредственно при их взаимодействии. Как же объяснить взаимодействие наэлектризованных тел? В наших опытах наэлектризованные тела находились друг от друга на некотором расстоянии. Может быть, действие одного наэлектризованного тела на другое передается через воздух, находящийся между телами? Однако заряженные тела взаимодействуют и в безвоздушном пространстве. Если поместить заряженный электроскоп под колокол воздушного насоса, то листочки электроскопа по-прежнему отталкиваются друг от друга (рис. 36). (Из-под колокола воздух откачан.) Изучением взаимодействия электрических зарядов занимались английские физики Майкл Фарадей и Джеймс Максвелл.
Рис. 36. Заряженный электроскоп под колоколом воздушного насоса
В результате длительного изучения электрических явлений установлено, что всякое заряженное тело окружено электрическим полем.
Электрическое поле — это особый вид материи, отличающийся от вещества.
Наши органы чувств не воспринимают электрическое поле. Обнаружить поле можно благодаря тому, что оно действует на всякий находящийся в нём заряд. Именно этим и объясняется взаимодействие наэлектризованных тел. Электрическое поле, окружающее один из зарядов, действует с некоторой силой на другой заряд, помещённый в поле первого заряда. И наоборот, электрическое поле второго заряда действует на первый.
Сила, с которой электрическое поле действует на внесённый в него электрический заряд, называется электрической силой.
Когда мы подносили заряженную палочку к заряженной гильзе, то наблюдали отталкивание гильзы. Мы тем самым обнаруживали электрическое поле палочки по его действию на заряд, находящийся на гильзе. Но и гильза своим полем действовала на эбонитовую палочку. Таким образом, в случае наэлектризованных тел наблюдается взаимодействие.
Многочисленные опыты позволяют сделать вывод о том, что вблизи заряженного тела действие поля сильнее, а по мере удаления от него действие поля ослабевает.
Так, поднесём к гильзе палочку, имеющую заряд противоположного знака. По мере приближения палочки к гильзе угол отклонения гильзы будет увеличиваться (рис. 37). Следовательно, чем ближе расположены заряженные тела, тем сильнее действие поля.
Рис. 37. Зависимость действия электрического поля от расстояния до заряда
Поскольку на любой заряд, находящийся в электрическом поле, действует сила, значит, при перемещении заряда полем совершается работа. А если поле способно совершить работу, то оно обладает энергией.