ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ
Згадайте, як поводилися клаптики паперу під час дослідів із паличкою з оргскла.
Під час дослідів клаптики паперу притягувалися до наелектризованої палички з оргскла, підстрибували та прилипали до її поверхні.
Чи відчували вони наближення зарядженої палички ще до того, як вона їх торкалася?
Так, клаптики паперу починали рухатися та реагувати на паличку ще до моменту безпосереднього фізичного контакту з нею.
Якщо так, то чому це відбувалося?
Це відбувалося тому, що навколо наелектризованої палички існує електричне поле, яке діє на інші тіла на відстані.
КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
Як експериментально довести, що тіла, які мають електричний заряд, взаємодіють навіть на відстані?
Це можна довести, якщо піднести наелектризовану паличку до легких клаптиків паперу або підвішеної на нитці маленької кульки, які почнуть рухатися ще до того, як паличка їх торкнеться.
КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
Що таке електричне поле?
Електричне поле — це особливий вид матерії, що існує навколо заряджених тіл або частинок і діє з певною силою на інші тіла або частинки, які мають електричний заряд.
Як визначити, чи існує в певній точці простору електричне поле?
Щоб визначити наявність електричного поля в певній точці простору, необхідно помістити в неї пробний електричний заряд і спостерігати, чи діятиме на нього електрична сила.
Назвіть основні властивості електричного поля.
Основними властивостями електричного поля є його матеріальність, здатність діяти на електричні заряди з певною силою, наявність енергії та послаблення поля з віддаленням від джерела заряду.
Що називають силовою характеристикою електричного поля?
Силовою характеристикою електричного поля називають напруженість.
Дайте означення силових ліній електричного поля.
Силові лінії електричного поля — це умовні лінії, дотичні до яких у кожній точці збігаються з напрямком напруженості електричного поля.
ВПРАВА № 28
1. Наведіть приклади об’єктів, навколо яких існує електричне поле.
Електричне поле існує навколо будь-якого зарядженого тіла, наприклад, навколо натертої об вовну ебонітової палички, позитивно зарядженої металевої сфери або зарядженої пластини з оргскла.
2. На рис. 1 зображено силові лінії електричного поля зарядженої кульки. Який знак заряду кульки?
Кулька має негативний заряд, оскільки на рисунку 1 силові лінії електричного поля спрямовані до заряду.
3. Наведіть приклади, які підтверджують вислів: «Електричне поле не можна побачити, але можна довести його існування».
Існування поля підтверджується його дією на інші заряди: наприклад, підвішена на нитці легка заряджена кулька відхиляється під дією поля наелектризованої пластини, а клаптики паперу притягуються до зарядженого предмета ще до моменту дотику.
4. Чому дорівнює напруженість електричного поля в даній точці, якщо на заряд 40 нКл воно діє із силою 100 мН?
Дано:
$q = 40 \text{ нКл} = 40 \cdot 10^{-9} \text{ Кл}$
$F = 100 \text{ мН} = 0,1 \text{ Н}$
Знайти:
E − ?
Розв’язання:
Для обчислення напруженості електричного поля скористаємося формулою:
$E = \dfrac{F}{q}$
Підставимо значення:
$E = \dfrac{0,1 \text{ Н}}{40 \cdot 10^{-9} \text{ Кл}} = \dfrac{10^{-1}}{4 \cdot 10^{-8}} \text{ Н/Кл} = 0,25 \cdot 10^{7} \text{ Н/Кл} = 2,5 \cdot 10^{6} \text{ Н/Кл}$
Відповідь: Напруженість електричного поля становить 2, 5 МН/Кл (або 2, 5 ⋅ 106 Н/Кл).
5. На рис. 2 зображено силові лінії електричних полів, створених двома зарядами. Визначте: 1) напрямок силових ліній; 2) напрямок напруженості електричного поля в точці A; в точці B; 3) у якій точці (A чи B) електричне поле є сильнішим.
- Силові лінії спрямовані від позитивного заряду +q до негативного заряду −q.
- Напруженість у точці A спрямована вздовж дотичної до силової лінії вправо (від позитивного заряду до негативного), а в точці B напруженість спрямована до негативного заряду.
- Електричне поле є сильнішим у точці A, оскільки на рисунку в цій області щільність силових ліній більша, ніж у точці B.
6. Між двома різнойменно зарядженими пластинами зависла негативно заряджена крапелька олії масою 3,2 мг (рис. 3). Визначте напрямок і значення сили, яка діє на крапельку з боку електричного поля пластин, а також знак заряду кожної пластини.
Дано:
- $m = 3,2 \text{ мг} = 3,2 \cdot 10^{-6} \text{ кг}$
- $q < 0$ (негативний)
- $g = 10 \text{ м/с}^2$
Знайти:
- $F_{\text{ел}} = ?$
- Напрямок $F_{\text{ел}}$
- Знак пластин
Розв’язання:
На крапельку діє сила тяжіння $F_{\text{тяж}}$, напрямлена вертикально вниз. Оскільки крапелька “зависла” (перебуває у стані спокою), сили, що діють на неї, скомпенсовані. Це означає, що електрична сила $F_{\text{ел}}$ повинна бути рівна за модулем силі тяжіння і протилежна їй за напрямком.
Отже, сила з боку електричного поля напрямлена вертикально вгору.
Оскільки крапелька має негативний заряд ($q < 0$), то для того, щоб електрична сила штовхала її вгору:
- Нижня пластина має відштовхувати негативний заряд (однойменні заряди відштовхуються), тому нижня пластина — негативна $(-)$.
- Верхня пластина має притягувати негативний заряд (різнойменні заряди притягуються), тому верхня пластина — позитивна $(+)$.
Обчислення значення сили:
З умови рівноваги:
$F_{\text{ел}} = F_{\text{тяж}}$
Розпишемо силу тяжіння:
$F_{\text{тяж}} = m \cdot g$
Підставимо числові значення:
$F_{\text{ел}} = 3,2 \cdot 10^{-6} \cdot 10 = 32 \cdot 10^{-6} \text{ Н} = 32 \text{ мкН}$
Відповідь: Сила $F_{\text{ел}} = 32 \text{ мкН}$, напрямлена вгору. Верхня пластина позитивна $(+)$, нижня — негативна $(-)$.
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ
Поясніть спостережуване явище (в експерименті «Летюча вата»).
Я думаю, що це явище пояснюється взаємодією однойменних електричних зарядів. Під час торкання наелектризованої лінійки шматочок вати отримує такий самий заряд, як і у лінійки. Оскільки однойменні заряди відштовхуються, електричне поле лінійки діє на вату з силою, спрямованою вгору. Коли ця електрична сила стає рівною силі тяжіння, вата починає «плавати» в повітрі.
Виконайте рисунок, на якому зазначте сили, що діють на вату.
