Для школьников.
На рисунке изображён простой электроскоп, который состоит из металлического стержня с металлическим шариком наверху. Внизу к стержню прикреплены очень тонкие листки из проводящего материала (например из алюминия). Эта система с помощью пробки из диэлектрика крепится в стеклянном сосуде.
Про проводники и диэлектрики см. занятие 45.
Принцип действия электроскопа основан на явлении электрического отталкивания одноимённо заряженных тел (в данном случае заряженных листков).
Посмотрим, что позволяет определить этот простейший прибор:
1. Можно качественно определить заряжено тело или нет и насколько большим зарядом.
Предположим, что шарика электроскопа коснулись потёртой о шерсть эбонитовой палочкой (отрицательно заряженной палочкой) или отрицательно заряженным куском сургуча.
Часть избыточных отрицательных зарядов распределится между проводящими шариком, стержнем и листками. В результате листки разойдутся на некоторый угол, что указывает на наличие заряда на них. При удалении эбонитовой палочки этот угол сохранится.
При повторении опыта листки разойдутся на больший угол. Так, повторяя опыт, можно сообщить электроскопу большой заряд.
Разрядить электроскоп можно, коснувшись его шарика пальцем (листки опадут). Объясняется это тем, что через наше тело (проводник) и стены комнаты заряды "уйдут в землю".
Разрядится электроскоп и в том случае, если к нему поднести пламя свечи. Дело в том, что раскалённые газы тоже обладают хорошей проводимостью, то есть воздух вокруг электроскопа делается проводящим - заряд с электроскопа переходит через нагретый до высокой температуры воздух на окружающие тела, и листки быстро спадают.
Аналогично, электроскоп зарядится положительным зарядом, если его шарика коснуться стеклянной палочкой, потёртой о шёлк (положительно заряженной палочкой). Избыточный положительный заряд также распределится между шариком, стержнем и листками электроскопа.
Но положительные заряды в проводниках перемещаться не могут (см. занятие 33) На самом деле перемещаются электроны с листков, стержня, шарика электроскопа на стеклянную палочку, нейтрализуя её положительный заряд.
Отметим, что выбор названия "положительный" заряд, возникающий на стеклянной палочке и "отрицательный", возникающий на сургуче является случайным - так условились считать. В результате, положительно заряженными считаются тела, которые действуют на другие заряженные тела так же, как стекло, наэлектризованное трением о шёлк. Соответственно, отрицательно заряженными считаются тела, которые действуют на другие заряженные тела так же, как сургуч, наэлектризованный трением о шерсть.
И ещё имеем ввиду, что, например при трении стекла о шёлк, стекло заряжается положительно, а шёлк отрицательно, то есть при этом трении электроны перешли со стекла на шёлк, общий же заряд системы стекло - шёлк остался прежним (закон сохранения заряда).
2. С помощью электроскопа можно показать, что одинаковые по модулю, но противоположные по знаку заряды, компенсируют (или нейтрализуют) друг друга.
Возьмём два одинаково разноимённо заряженных электроскопа (углы между листками одинаковы) и соединим их металлической проволокой, держа проволоку за изолированную ручку. После этого оба электроскопа окажутся незаряженными.
3. С помощью электроскопа можно наблюдать зарядку проводника под действием света.
На рисунке изображён отрицательно заряженный электроскоп, на котором вместо шарика помещена металлическая пластинка. Листки электроскопа при этом занимают положение обозначенное пунктирными линиями.
При освещении пластинки электрической дугой, под действием света, электроны вылетают из пластинки, благодаря чему отрицательный заряд электроскопа уменьшается и листки спадают (угол между ними уменьшается).
Если же пучок света направить на незаряженную пластинку, то благодаря вылету электронов пластинка приобретёт положительный заряд.
4. С помощью электроскопа можно показать, что в полом заряженном металлическом шаре избыточные заряды распределяются по его внешней поверхности, на внутренней же поверхности шара свободных зарядов нет.
Для этого берётся маленькая металлическая пластинка, укреплённая на изолирующей ручке (пробная пластинка). Если касаться этой пластинкой внешней поверхности полого проводящего шара, а затем шарика электроскопа, то листки расходятся.
Если же пластинкой касаться внутренней поверхности полого шара, а затем шарика электроскопа, то листки не расходятся (пластинка остаётся незаряженной), то есть заряда на внутренней поверхности шара нет, и напряжённость электрического поля внутри шара равна нулю.
По ходу изложения материала будут рассмотрены и другие примеры применения электроскопа.
К.В. Рулёва, к. ф.-м. н., доцент. Подписывайтесь на канал. Ставьте лайки. Спасибо.
Предыдущая запись: задачи 4 - 7 к занятиям 47 - 50.
Следующая запись: Что произойдёт, если незаряженный проводник поместить в электростатическое поле?
Ссылки на занятия до электростатики даны в Занятии 1.
Ссылки на занятия (начиная с электростатики) даны в Занятии 45.