Elektryzowanie ciał

ELEKTRYZOWANIE
CIAŁ
ZASADA ZACHOWANIA
ŁADUNKU
Autorzy:
Gabriela Jaromin
Martyna Andreew
Justyna Kramarczyk
Daria Chmiel
Arkadiusz Koziarz
KL. II BCH
KILKA SŁÓW O HISTORII…
Elektrostatyka jest to dział fizyki zajmujący się
oddziaływaniami i właściwościami ładunków
elektrycznych pozostających w stanie
spoczynku.
Nazwa elektryczność pochodzi od słowa
elektron, które w języku greckim oznacza
bursztyn. Niezwykłe właściwości bursztynu
odkrył w VI w p.n.e. grecki filozof Tales z
Miletu. Zauważył on, że potarty wełną bursztyn
przyciąga lekkie ciała. Ponad 2000 lat później,
angielski fizyk William Gilbert stwierdził, że
także inne ciała zachowują się jak bursztyn
kiedy je potrzemy.
MATERIA
Materia jest to wszytko, co posiada masę. Jest ona zbudowana z atomów, które
składają się z cząsteczek elementarnych:
neutronów, protonów i elektronów.
Elektrony krążą wokół jądra. Pomiędzy jądrem a elektronami działa siła
elektrostatycznego przyciągania. Elektrony są niejednakowo oddalone od jądra.
Atom jest obojętny elektrycznie, bo liczba elektronów i protonów jest taka sama.
Atomy różnych pierwiastków różnią się między sobą właśnie liczbą protonów i
elektronów.
ŁADUNKI ELEKTRYCZNE
Istnieją dwa rodzaje ładunku elektrycznego:
ładunek dodatni
ładunek ujemny
Ładunki elektryczne oddziaływują na siebie wzajemnie. Rodzaj tego oddziaływania
(przyciąganie lub odpychanie) zależy od znaku oddziaływujących na siebie
ładunków.
• Przyciąganie będzie występowało wtedy, gdy ładunki mają przeciwne znaki
(ładunki różnoimienne).
• Odpychanie będzie występować wtedy, gdy ładunki mają te same znaki
(ładunki jednoimienne).
Ciała, w których znajdują się te same ilości protonów i elektronów (które się
wzajemnie zobojętniają), są elektrycznie obojętne. Jeżeli ciało jest
naelektryzowane, oznacza to, że nastąpiło zachwianie równowagi pomiędzy
ilością ładunków poszczególnych elektronów.
Jednostką ładunku elektrycznego jest kulomb.
Prawo Coulomba - podstawowe prawo elektrostatyki ogłoszone w 1785 roku
przez Charlesa Coulomba. Głosi, że siła wzajemnego oddziaływania dwóch
punktowych ładunków elektrycznych jest wprost proporcjonalna do iloczynu
ładunków i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między ich
środkami.
Wynika to z tego, że im większy ładunek będą miały punktowe ciała, tym między
nimi będzie większa siła; także im większa odległość będzie między nimi, tym
mniejsza będzie między nimi.
gdzie:
q i q – wartości ładunków obu kulek
r – odległość ich ośrodków
k – stała charakteryzująca ośrodek
ELEKTRYZOWANIE CIAŁ:
to proces przekazywania im ładunku. Polega on na dodaniu, lub odebraniu
elektronów z tego ciała. Wyróżniamy trzy sposoby elektryzowania:
1. Elektryzowanie przez pocieranie.
Elektryzowanie przez pocieranie polega na przejściu elektronów z jednego ciała
na drugie. To ciało, które traci elektrony, elektryzuje się dodatnio, a drugie
ujemnie. Całkowity ładunek układu ciał nie zmienia się.
2. Elektryzowanie przez dotyk.
Elektryzowanie ciała może nastąpić również przez dotknięcie tego ciała innym ciałem
naelektryzowanym. W układzie ciało naelektryzowane – ciało elektryzowane następuje
trwałe przemieszczenie się elektronów z jednego ciała do drugiego. W efekcie oba ciała są
naelektryzowane ładunkiem tego samego znaku.
3. Elektryzowanie przez indukcję.
Elektryzowanie ciała przewodzącego przez indukcję polega na przemieszczeniu się w
jego wnętrzu elektronów swobodnych pod wpływem ładunku zbliżanego ciała
naelektryzowanego.
We wszystkich przypadkach spełniona jest zasada zachowania ładunku, która mówi:
ZASADA ZACHOWANIA ŁADUNKU
• W izolowanym układzie ciał całkowity ładunek elektryczny, czyli suma
algebraiczna ładunków dodatnich i ujemnych, nie ulega zmianie.
• Zmiana ładunku układu może zachodzić tylko na drodze przepływu ładunku.
CIEKAWOSTKI
Ognie świętego Elma – zjawisko akustycznooptyczne w postaci małych, cichych, ciągłych,
wyładowań elektrycznych na różnych
powierzchniach, a szczególnie krawędziach
przedmiotów, mające miejsce w czasie pogody
zapowiadającej burzę.
Pioruny też są wyładowaniami
elektrostatycznymi, które występuje pomiędzy
chmurą, a ziemią.
Zjawisko jonizacji powietrza poprzez
promieniowanie emitowane przez telewizory, czy
monitory. To zjonizowane powietrze bywa
czasami czynnikiem wywołującym bóle głowy.
DOŚWIADCZENIE 1
Elektryzowanie przez dotyk
a) przyrządy:
- elektroskop
- rurka ebonitowa
- sukno
b) opis doświadczenia
Pocieramy pałeczkę ebonitową suknem. Następnie dotykamy nią elektroskop i ją
odsuwamy. Możemy zaobserwować wychylenie się wskazówki w elektroskopie,
które po odsunięciu pałeczki się nie zmieni.
c) wnioski
Po zetknięciu się dwóch ciał elektrony z laski ebonitowej przepływają na
metalową kulę. Laska ebonitowa nadal jest naładowana ujemnie, ale już
ładunek ten jest mniejszy. Natomiast obojętna dotychczas kula zostaje
naelektryzowana ujemnie. Wiemy, że jednoimienne ładunki się odpychają.
Pałeczka odpycha elektrony elektroskopowe, które zaczynają
przemieszczać się do jego środka (na jego listki),a do kulki wędrują ładunki
dodatnie. Jeśli pałeczkę odsuniemy, nadmiar elektronów z wnętrza
elektroskopu nie zostanie zniwelowany, ponieważ nie ma uziemienia.
DOŚWIADCZENIE 2
Elektryzowanie przez indukcję
a) przyrządy
- grafitowa kulka,
- sukno,
- pałeczka
ebonitowa,
- pałeczka szklana,
- nitka,
- plastelina,
- statyw.
b) opis doświadczenia
Do statywu przywiązujemy nitkę, na której drugim końcu mamy umocowaną
za pomocą plasteliny grafitową kulkę. Później, elektryzujemy pałeczkę
ebonitową przy pomocy sukna i zbliżamy ją do kulki. Następnie powtarzamy
doświadczenie wykorzystując pałeczkę szklaną potartą papierem.
W obu przypadkach kulka przyciągała się do obu pałeczek.
c) wnioski
Każde ciało naelektryzowane przyciąga ciało elektrycznie obojętne.
Dzieje się tak, dlatego, że w każdym ciele elektrony mają większą lub
mniejszą zdolność przemieszczania się. Zbliżając ciało naelektryzowane
do ciała obojętnego siły elektryczne mogą powodować przesunięcie się
elektronów w obrębie tego ciała. Zgodnie z prawem Coulomba,
ładunki różnoimienne ustawiają się bliżej siebie, natomiast
jednoimienne dalej.
DOŚWIADCZENIE 3
Elektryzowanie przez pocieranie
a) przyrządy
- pałeczka ebonitowa,
- pałeczka szklana,
- sukno,
- papier,
b) opis doświadczenia
Pocieramy pałeczkę szklaną o papier, a pałeczkę ebonitową o sukno.
c) wnioski
Pałeczka ebonitowa została naładowana ujemnie, a sukno dodatnio. Z kolei
pałeczka szklana dodatnio, a papier ujemnie.
Wnioski ogólne: Elektryzowanie przez tarcie polega na przepływie
elektronów z jednego ciała do drugiego podczas pocierania ich jedno o
drugie. W ten sposób jedno ciało posiada ładunek dodatni, a drugie ujemny.
DOŚWIADCZENIE 4
Zasada zachowania ładunku w indukcji elektrostatycznej
a) przyrządy
- pałeczka ebonitowa;
- sukno;
- elektroskop (z płytką).
b) opis doświadczenia
Przykładamy ujemnie naelektryzowaną (dlaczego tak się dzieje –
wyjaśniamy w poprzednich doświadczeniach) pałeczkę ebonitową
wcześniej potartą o sukno. Uziemiamy elektroskop, dotykając go dłonią.
Odsuwamy pałeczkę. Sprawdzamy znak ładunku naelektryzowanego
elektroskopu.
c) wnioski
Po przyłożeniu pałeczki do elektroskopu ładunki ujemne przemieszczają się na
wskazówkę, która się wychyla. Jest ona naelektryzowana ujemnie, natomiast płytka
dodatnio. Uziemiając elektroskop, łączymy go z ziemią. Elektrony ze wskazówki
wędrują do ziemi. Wskazówka opada. Ma tyle samo ładunków dodatnich, jak i
ujemnych. Płytka dalej naładowana dodatnio. Odsuwamy pałeczkę. Elektrony są
rozmieszczone równomiernie na całym elektroskopie. Sprawdzamy ładunek
elektroskopu poprzez ponowne przyłożenie pałeczki. Wskazówka się wychyliła,
co oznaczało, że elektroskop był naelektryzowany dodatnio.
DOŚWIADCZENIE 5
Wykorzystanie zjawiska indukcji do sprawdzenia ładunku naelektryzowanego
elektroskopu
a) przyrządy
-
rurka ebonitowa
rurka szklana
elektroskop
rurka
b) opis doświadczenia
Elektryzujemy pałeczkę dotykając nią maszyny elektrostatycznej. Dotykamy
naelektryzowaną pałeczką kulkę elektroskopu. Następnie elektryzujemy pałeczkę
wykonaną ze szkła oraz z PCV. Przybliżamy (bez dotykania kulki) kolejno pałeczkę
szklaną i pałeczkę z PCV. Obserwujemy, że wychylenie wskazówki zwiększa się
przy zbliżaniu szklanej pałeczki i zmniejsza się przy przybliżaniu plastikowej.
c) wnioski
Wiedząc, że szkło elektryzuje się dodatnio, a PCV ujemnie, możemy stwierdzić,
że elektroskop ma ładunek dodatni.
NASZA GRUPA:
Podział obowiązków:
• Daria Chmiel – opracowanie
doświadczeń, robienie zdjęć
podczas zajęć
• Martyna Andreew –
opracowanie doświadczeń
• Justyna Kramarczyk –
opracowanie doświadczeń,
obróbka zdjęć
• Arkadiusz Koziarz – teoria
• Gabriela Jaromin – zebranie
informacji w całość (zrobienie
prezentacji)
BIBLIOGRAFIA:
• http://www.iwiedza.net/wiedza/109.html
• https://sites.google.com/site/infoelektroskop/zasada-dzialaniaelektroskopu
• http://elektrostatykaiprad.republika.pl/elektryzowaniecial.html
• http://www.hawdeks.daminet.pl/fizyka/elektryzowanie.htm
• http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/88/M_Faraday_T
h_Phillips_oil_1842.jpg
• http://edudu.pl/sciaga-sposoby-elektryzowaniacial,08964bf9f24b15f0e490
• http://www.zgapa.pl/data_files/referat_9788.html
• Fizyka dla szkół ponadgimnazjalnych. Kurs podstawowy z elementami
kursu rozszerzonego. Część 1. Pod redakcją Jadwigi Salach. Wyd.
Zamkor, K-ów 2009.