Строение атома. Электризация тел - Электрические явления

Физический словарик

Ион (от греч. ion - идущий) - электрически заряженная частица, Образующаяся при потере или приобретении электронов атомом или Труппой атомов.

Нейтрон (от лат, neutreum - ни то ни се) - электрически нейтральная элементарная частица с массой, почти равной массе протона.

Нуклон (от лат. nucleus - ядро) - общее название нейтронов и Протонов.

Протон (от греч. protos — первый) - устойчивая положительно заряженная элементарная частица, входит в состав атомного ядра.

Электрон (от греч. electron - янтарь, смола) - устойчивая отрицательно заряженная элементарная частица.

Электроскоп (от греч. electro + skopeo - смотрю) - прибор для обнаружения и измерения электрических зарядов.

Историческая справка

Природу известного еще древним грекам «рукотворного» электрического явления - электризации трением - удалось установить только во второй половине прошлого века. Ленинградский физик М. И. Корнфельд выяснил, что трение здесь играет второстепенную роль - оно необходимо только для более тесного сближения поверхностей диэлектриков.

Окружающие нас тела, как правило, электрически нейтральны, Т, е. отрицательные и положительные заряды компенсируются с высокой точностью. Вследствие теплового движения и распределения электронов по скоростям внутри тела часть из них обладает кинетической энергией, достаточной для выхода за его пределы. Такая энергия называется термоэлектронной работой выхода и имеет разные значения для разных тел. В итоге у поверхности тела образуется электронный газ, В обычных условиях наступает динамическое равновесие: количества электронов, покидающих тело и входящих в него, примерно равны. При сближении поверхностей тел, настолько тесном, что слои электронного газа перекрываются, начинается обмен электронами: они перемещаются от тела с меньшей работой выхода к телу, у которого она большая.

Таким образом, более правильно говорить: электризация посредством контакта тел.

Интересные факты

1. Впервые электризация жидкости при дроблении была замечена у водопадов Швейцарии в 1786 г. С 1913 г. явление получило название баллоэлектрического эффекта. Эффект электризации наблюдается не только у водопадов на открытой местности, но и в пещерах. Заряд воздуху у водопадов сообщают микроскопические капельки воды и молекулярные комплексы, которые при дроблении отрываются от водной поверхности и уносятся в окружающую среду. Наиболее значительный эффект электризации воздуха наблюдается у самых больших водопадов мира - Игуассу на границе Бразилии и Аргентины (высота падения воды - 190 м, ширина потока - 1 500 м) и Виктория на реке Замбези в Африке (высота падения воды - 133 м, ширина потока – 1 600 м). У водопада Виктория за счет дробления воды возникает электрическое поле напряженностью 25 кВ/м. При дроблении пресной воды в воздух переходит отрицательный заряд. Поэтому в воздухе у водопадов количество отрицательных ионов превышает количество положительных. У небольшого водопада Учан-Су в Крыму отношение отрицательных ионов к количеству положительных равно 6,2.

2. У берегов морей воздух приобретает положительный заряд, вследствие разбрызгивания соленой воды. На поверхности морей и океанов разбрызгивание воды начинается при скорости ветра более 10 м/с, когда на волнах появляются гребешки пены. Отношение положительных зарядов к отрицательным зарядам в воздухе над Черным и Азовским морями достигает при бурном море 2,04, при зыби - 1,48.

3. Покоритель Джомолунгмы Н. Тенсинг в 1953 г. в районе южного седла этой горной вершины на высоте 7,9 км над уровнем моря при -30 °С и сухом ветре до 25 м/с наблюдал сильную электризацию обледеневших брезентовых палаток, вставленных одна в другую. Пространство между палатками было наполнено многочисленными электрическими искрами.

4. Движение лавин в горах в безлунные ночи иногда сопровождается зеленовато-желтым свечением, благодаря чему лавины становятся видимыми. Обычно световые явления наблюдаются у лавин, движущихся по снежной поверхности, и не наблюдаются у лавин, проносящихся по скалам. На озерах Антарктики во время полярной ночи иногда возникает свечение при разламывании крупных масс Озерного льда.

5. Молния выбирает самый короткий путь к земле, поэтому попадает в здания или в деревья. Высокие здания оборудуют металлическими полосами (прутьями), по которым электрический разряд уходит в землю. Это громоотвод. Грозовой разряд идет на землю и обратно по одному и тому же пути. Это происходит с такой скоростью, что наш глаз видит только одну вспышку. На своем пути молния раскаляет воздух, который, быстро расширяясь, создает звуковую волну. Это вызывает громовые раскаты. Мы слышим их после того, как увидим молнию, так как звук распространяется значительно медленнее, чем свет.

Электризация тел на производстве

На производстве многочисленные проявления электризации тел усложняют некоторые технологические процессы. Так, в текстильной промышленности электризация нитей приводит к их взаимному отталкиванию, расщеплению, притягиванию к поверхности роликов и веретен. Кроме того, заряженная ткань или пряжа притягивает легкие мелкие предметы и тем самым загрязняется.

Много проблем доставляет электризация тел в авиации. При полете вследствие трения о воздух или же при полете вблизи грозовых туч и заряженных облаков электризация обшивки самолета ведет к Нарушению радиосвязи и искажению показаний электроизмерительных приборов. После посадки к самолету нельзя сразу же приставлять металлический трап, так как может произойти электрический разряд.

Очень часто явление электризации используют в технике. Так, притяжение легких мелких предметов наэлектризованными телами применяют в устройстве электрических фильтров для очистки дыма от мелких частиц пепла. Такие электрофильтры устанавливают в цехах размола цемента и фосфоритов, на химических заводах.

Широко распространен метод окраски деталей в электрическом Поле: при распылении мелкие капельки краски приобретают электрический заряд, движутся под действием электрического поля к детали и равномерно покрывают ее поверхность тонким слоем.

На этом же принципе основано изготовление с помощью электрического поля ковров, искусственного меха, замши, декоративных материалов для обивки мебели.

Движение заряженных частиц краски в электрическом поле используют в типографском производстве.

О строении атома

Быть может, эти электроны –

Миры, где пять материков,

Искусства, знанья, войны, троны

И память сорока веков.

Еще, быть может, каждый атом –

Вселенная, где сто планет,

Там все, что здесь, в объеме сжатом,

Но также то, чего здесь нет.

В. Я. Брюсов. 1922 г.

Качественные задачи и вопросы

1. Какие виды зарядов существуют в природе? (В природе существуют только положительные и отрицательные заряды.)

2. Какие заряды несут протон, нейтрон, электрон, ядро атома? (Протон несет положительный заряд, электрон - отрицательный, нейтрон не имеет заряда, ядро заряжено положительно.)

3. Какими свойствами обладают заряды? (Все заряды обладают свойством дискретности, т. е. заряд тела равен целому числу заряда электрона: q = N · е, где N - целое число, е - заряд электрона.

Заряды в пространстве порождают электрическое поле, одноименные заряды отталкиваются, разноименные - притягиваются.)

4. В каких единицах измеряется электрический заряд? (Кл-Кулон.)

5. Каким зарядом обладают шарики? (а - положительным, б - отрицательным, в — отрицательным, г - положительным, д, е — не имеют заряда.)

6. Объясните действия электрического поля на тела в случаях а, б. (На поверхности тела: а - соберутся отрицательные частицы; б — останутся положительные, на противоположной стороне ватки на поверхности возникнет отрицательный заряд)

Задачи для любителей литературы

По пословицам и поговоркам

1. Гроза застала в поле - садись на землю.

Почему? (Обычно гроза ударяет в одиноко стоящие предметы.)

2. Сколь кошку ни гладь, все искры летят.

Почему, поглаживая кошку, мы можем наблюдать искры? (Это объясняется явлением электризации.)

3. Пряжа с искорками, все вон повыскакали.

Отчего бы искрам выскакивать? (Пряжа при работе электризуется, и из нее выскакивают электрические искры.)

По загадкам

4. К дальним селам, городам

Кто идет по проводам?

Светлое величество!

Это... (Электричество.)

От какого слова произошло слово «электричество»? (От греческого «электрон» — янтарь.)

Физические эксперименты

1. Электризация диэлектриков и проводников.

Приборы и материалы: палочки - эбонитовая, из органического стекла и металлическая; кусочки меха, шелка, полиэтилена, резины; различные тела, подвешенные на нити или на вращающихся насадках.

Задание: электризуя трением палочки, наблюдайте за притяжением предметов.

2. Взаимодействие наэлектризованных тел.

Приборы и материалы: палочки - эбонитовая, из органического стекла, металлическая; кусочки меха, шелка, полиэтилена, резины; различные тела, подвешенные на нити или на вращающихся насадках.

Задание: поместите на насадку наэлектризованную палочку, например из органического стекла, и с помощью других наэлектризованных тел определите, притягивается тело или отталкивается.

Вещество 1	Вещество 2	Действие (притяжение или отталкивание)
1. Оргстекло	1. Кусочки меха 2. Шелк 3. Полиэтилен	Притягиваются, после контакта отталкиваются
2. Эбонитовая палочка	1. Кусочки меха 2. Шелк 3. Полиэтилен	Притягиваются, после контакта отталкиваются
3. Полиэтилен	1. Кусочки меха 2. Шелк 3. Полиэтилен	Притягиваются, после контакта отталкиваются

3. Устройство и действие электрометра.

Приборы и материалы: электрометры демонстрационные, палочки для электризации, кусочки резины и меха.

Задание: изучите строение электрометра. Наэлектризуйте палочки и поднесите к электрометрам. Определите, какая палочка обладает большим зарядом.

Проверка знаний и умений.

Индивидуальные карточки-задания

1	2
1. Что можно сказать о заряде шариков? (Заряды шариков одноименные.) 2. Что произойдет, если к телу поднести положительно заряженную палочку? (На поверхности тела вблизи палочки возникнет отрицательный заряд.) 3. В нейтральном атоме четыре электрона. Сколько протонов в ядре этого атома? (Четыре.)	1. Что произойдет, если к ватке поднести отрицательно заряженную палочку? (На ее поверхности вблизи палочки возникнет положительный заряд.) 2. Атом потерял при электризации электрон. Чему равен заряд этого атома? Как можно назвать такой атом? (Заряд атома равен 1,6 · 10-19 Кл. Такой атом называют положительным ионом.) 3. Что можно сказать о зарядах шариков? (Заряды шариков разноименные.)
3	4
1. Какой заряд имеет второй шарик? Почему? (Шарик имеет отрицательный заряд, так как разноименные заряды притягиваются.) 2. К нейтральному атому присоединился при электризации электрон. Как изменился заряд атома? Как можно назвать такой атом? (Заряд атома стал отрицательным, такой атом называют отрицательным ионом.) 3. К ватке поднесли наэлектризованное тело. Каков его заряд? (Заряд на поверхности этого тела отрицательный, так как на ватке вблизи тела появились положительные заряды.)	1. Может ли какая-либо частица иметь заряд, равный 1,5 заряда электрона, 20 зарядам электрона? Почему? (Заряженное тело может иметь только заряд, равный целому числу заряда электрона. Значит, заряд 1,5е частица иметь не может, а 20е может. е — заряд электрона.) 2. Какой заряд имеет второй шарик? Почему? (Второй шарик имеет отрицательный заряд, одноименно заряженные тела отталкиваются.) 3. Какой химический элемент изображен на рисунке? Чему равен заряд этого атома? (Гелий, заряд этого атома равен нулю.)

Кроссворд

1. Маленькая масса. 2. Кинетическая, потенциальная, внутренняя... 3. Величина, которую на Руси измеряли в верстах в час. 4. Элемент периодической таблицы Д. И. Менделеева под номером три. 5. Прибор для измерения температуры. 6. Тепловой процесс, интенсивное испарение жидкости по всему объему. 7. Единица измерения времени. 8. Создатель температурной шкалы. 9. Мера инертности и гравитации. 10. Составляющий молекулы. 11. Он бывает и тепловой, и внутреннего сгорания. 12. Первый химический элемент.

Ответы: 1 - молекула, 2 - энергия, 3 - скорость, 4 - литий, 5 - термометр, 6 - кипение, 7 - час, 8 - Цельсий, 9 - масса, 10 - атом, 11 - двигатель, 12 - водород.

Ключевое слово: электричество.