Электризация под влиянием заряженного тела

Электрический заряд можно сообщить электрически нейтральному телу, даже не прикасаясь к нему, а просто располагая заряженное тело неподалеку.

Такой способ наведения заряда называется электростатической индукцией. Ее несложно продемонстрировать в проводниках.

Перегруппировка зарядов

С помощью этого способа можно сгруппировать заряды на противоположных частях проводника.

На ближайшей к заряженному телу части проводника соберутся заряды, имеющие противоположный по отношению к заряженному телу знак (рис. 1).

Рис. 1. Возникновение индуцированного заряда на концах проводника

А на удаленной от заряженного тела части проводника, будут располагаться заряды, знак которых совпадает со знаком заряженного тела.

Если заряженное тело удалить, заряды на проводнике распределятся равномерно и проводник опять станет электрически нейтральным (рис. 2).

Рис. 2. Заряды в проводнике распределились равномерно в отсутствии заряженных тел поблизости

Суть электростатической индукции

Вокруг заряженных тел существует электрическое поле. Это поле может воздействовать на другие тела, находящиеся неподалеку. В этих телах возникает собственное электростатическое поле в ответ на воздействие поля внешнего.

Заряды, распределившиеся по частям проводника, называются индуцированными.

Электростатическая индукция – это процесс распределения зарядов в проводнике под действием внешнего электрического поля.

Под действием внешнего поля:

1. в проводниках заряды перераспределяются;
2. а в диэлектриках происходит поляризация;

Можно ли сделать так, чтобы части проводника остались заряженными после удаления заряженного тела? Да.

Как оставить на теле заряд после удаления влияющего тела

Существуют два способа добиться такого эффекта.

Первый способ:

Не удаляя заряженное тело, дать стечь отрицательному заряду с проводника (рис. 3).

Рис. 3. После соединения проводников заряды перераспределились, проводники имеют противоположные заряды

Проводник в целом окажется заряженным положительно. Этот заряд останется на проводнике после того, как заряженное тело будет от него удалено.

Второй способ:

Не удаляя заряженное тело, разрезать проводник на две части – приближенную к заряженному телу и удаленную от него (рис. 4).

Рис. 4. Половинки проводника будут иметь противоположные заряды

Эти части будут иметь противоположные и численно равные заряды. После удаления заряженного тела они останутся на половинках проводника.

Эксперимент – разделение зарядов

Опыт, описанный здесь, можно применять для демонстрации разделения зарядов в проводниках.

Для проведения эксперимента понадобятся:

• два одинаковых электрометра;
• проводник, которым эти электрометры можно соединить;
• предмет из диэлектрика, например, пластиковая линейка, или кусок оргстекла, эбонита и т. п.

Чтобы разделить заряды, необходимо выполнить следующую последовательность действий.

Подготовка приборов

Расположим два незаряженных электрометра на одной прямой, на небольшом расстоянии (к примеру, 0,5 м) один от другого. Располагать их нужно так, чтобы они находились перед наблюдателями, один немного левее, а второй – правее (рис. 5).

Рис. 5. Два не заряженных электрометра, соединенные куском металлической проволоки

Чаши электрометров соединим куском металлической проволоки, или металлической линейкой. Желательно, чтобы в средней части проводника был изолированный участок. Он пригодится, когда потребуется разъединить заряженные приборы.

Конструкция, состоящая из двух чаш, соединительного проводника и стержней электрометров после соединения превращается в единый проводник.

Подготовка влияющего тела

Теперь необходимо подготовить (наэлектризовать) тело, которое будет влиять на электрометры и соединяющий их проводник.

Можно взять два диэлектрика и произвести их электризацию трением (рис. 6). К примеру, линейку из оргстекла можно натереть смятым сухим тетрадным листом бумаги, либо листом формата А4.

Рис. 6. Два тела получили заряды с помощью трения

Начинаем эксперимент

Теперь нужно поднести наэлектризованное тело к одному из электрометров (рис. 7).

Рис. 7. К одному из электрометров приблизили сбоку заряженное тело

На рисунке наэлектризованное тело имеет отрицательный заряд, это обозначено знаками «минус».

Свободные электроны, находящиеся в проводнике, могут передвигаться по нему. Поэтому, некоторое количество электронов из ближайшего к заряженному телу электрометра перейдет по соединительному проводнику в дальний электрометр.

По закону сохранения заряда, сколько электронов ушло из одного конца проводника, столько же перейдет в другой его конец.

Приборы разъединяем

Если, не удаляя заряженное тело, убрать проводник, соединяющий приборы, то оба электрометра останутся заряженными (рис. 8). Разъединяя приборы, проводник нужно аккуратно приподнять с помощью изолятора, например – сухой деревянной линейки.

Рис. 8. Убрали кусок проволоки, соединявший измерительные приборы, не убирая заряженное тело

Убираем влияющее тело

Наконец, можно удалить заряженное тело, создавшее наведенный заряд (рис. 9).

Рис. 9. Заряженное тело, наводившее заряд, удалили

Как видно из рисунка, на приборах присутствуют противоположные заряды. Для поддержания зарядов теперь не требуется наличие поблизости тела, вызвавшего электростатическую индукцию.

Выводы

В теле, помещенном во внешнее электрическое поле, появляется собственное электростатическое поле. Такое явление называют электростатической индукцией. Во время этого процесса в проводниках перераспределяются заряды, а диэлектрики поляризуются.