ELEKTRYZOWANIE CIAŁ ZASADA ZACHOWANIA ŁADUNKU

Transkrypt

1 ELEKTRYZOWANIE CIAŁ ZASADA ZACHOWANIA ŁADUNKU Autorzy: Gabriela Jaromin Martyna Andreew Justyna Kramarczyk Daria Chmiel Arkadiusz Koziarz KL. II BCH

2 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.

3 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.

4 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).

5 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.

6 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

7 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.

8 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:

9 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.

10 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.

11 DOŚWIADCZENIE 1 Elektryzowanie przez dotyk a) przyrządy: - elektroskop - rurka ebonitowa - sukno

12 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.

13 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.

14 DOŚWIADCZENIE 2 Elektryzowanie przez indukcję a) przyrządy - grafitowa kulka, - sukno, - pałeczka ebonitowa, - pałeczka szklana, - nitka, - plastelina, - statyw.

15 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.

16 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.

17 DOŚWIADCZENIE 3 Elektryzowanie przez pocieranie a) przyrządy - pałeczka ebonitowa, - pałeczka szklana, - sukno, - papier,

18 b) opis doświadczenia Pocieramy pałeczkę szklaną o papier, a pałeczkę ebonitową o sukno.

19 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.

20 DOŚWIADCZENIE 4 Zasada zachowania ładunku w indukcji elektrostatycznej a) przyrządy - pałeczka ebonitowa; - sukno; - elektroskop (z płytką).

21 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.

22 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.

23 DOŚWIADCZENIE 5 Wykorzystanie zjawiska indukcji do sprawdzenia ładunku naelektryzowanego elektroskopu a) przyrządy - rurka ebonitowa - rurka szklana - elektroskop - rurka

24 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.

25 c) wnioski Wiedząc, że szkło elektryzuje się dodatnio, a PCV ujemnie, możemy stwierdzić, że elektroskop ma ładunek dodatni.

26 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)

27 BIBLIOGRAFIA: h_phillips_oil_1842.jpg Fizyka dla szkół ponadgimnazjalnych. Kurs podstawowy z elementami kursu rozszerzonego. Część 1. Pod redakcją Jadwigi Salach. Wyd. Zamkor, K-ów 2009.