Elektriksel etkileşimi gösteren deneyim. Elektriksel Etkileşimler

Deneylerin gösterdiği gibi, elektrikli cisimler birbirleriyle etkileşime giriyor; çekiyor ve itiyorlar. Şimdi elektrikli bir cismin etkisinin diğerine nasıl aktarıldığını düşünelim. Belki hava yoluyla bulaşıyor? Bunu deneyimleyerek öğrenelim. Hava pompasının çanının altına yüklü bir elektroskop yerleştirelim ve çanın altından havayı dışarı pompalayalım (Şek. 217). Deneyimler gösteriyor ki havasız alan Elektroskopun yaprakları birbirini itmeye devam ediyor. Bu, elektriksel etkileşimin hava yoluyla iletilmediği anlamına gelir. Ancak bu deneyden elektrik yüklerinin birbirlerine belli bir mesafede mi yoksa uzaktan mı etki ettiğini belirlemek hala imkansızdır. aralarında bizim tarafımızdan hissedilmeyen maddi bir şey var bu eylemin iletildiğini. Bu soru basit değil; birçok ülkeden bilim insanları uzun yıllardır bu konu üzerinde çalışıyor. Bunun cevabı İngiliz fizikçiler Faraday ve Maxwell'in eserlerinde verildi.

Faraday ve Maxwell'in öğretilerine göre, elektrikli bir cismi çevreleyen uzay, elektriksiz cisimlerin etrafındaki uzaydan farklıdır. Olduğu boşlukta elektrik şarjı, bir elektrik alanı var. Elektrik alanı maddeden farklı bir madde türüdür. Elektrik alanını duyularımız yardımıyla doğrudan algılayamayız. Varoluş hakkında Elektrik alanı yalnızca eylemleriyle yargılanabilir. Bir yükün elektrik alanı, belirli bir yükün alanındaki diğer herhangi bir yüke bir miktar kuvvetle etki eder.

Bir elektrik alanının kendisine verilen bir elektrik yüküne etki ettiği kuvvete elektrik kuvveti denir.

Deneylerde sadece elektrik alanı olan yüklü bir çubuk değil yüklü bir fişek kovanına etki eder, ancak fişek kovanı da sırasıyla elektrik alanıyla çubuğa etki eder. Dolayısıyla her zaman olduğu gibi bedenler arasında bir etkileşim söz konusudur.

Şarj edilmiş bir fişek kovanını bir ipliğe asalım. Şekil 218'de gösterildiği gibi, üzerine zıt yüklerle yüklü bir çubuk getirelim. Daha sonra fişek kovanının bulunduğu standı yüklü çubuğa yaklaştıracağız.İpliğin sapma açısına bağlı olarak, manşon çubuğa ne kadar yakınsa o kadar fazla olduğunu not ediyoruz. daha fazla güç yüklü bir çubuğun elektrik alanı ona etki eder. Sonuç olarak, yüklü cisimlerin yakınında alanın etkisi daha güçlüdür ve onlardan uzaklaşıldığında alan zayıflar.

Sorular. 1. Elektriksel etkileşimin hava yoluyla iletilmediğini gösteren bir deneyi anlatın. 2. Elektrikli olanı çevreleyen alan ile arasındaki fark nedir? vücut, çevredeki uzaydan elektrikli vücut? 3. Elektrik alanı nasıl tespit edilebilir? 4. Yüklü bir kartuşa etki eden kuvvet, yüklü gövdeden uzaklaştıkça nasıl değişir?

Ders çalışıyor elektriksel olaylar başladı Antik Yunan Daha sonra elektrik kelimesinin ortaya çıkmasına neden olan bir gözlemden. Kehribarın yünle ovulması durumunda çekmeye başladığı fark edildi. küçük eşyalar- örneğin tüyler ve tüyler. Amber Yunanca'da elektron anlamına gelir, dolayısıyla bu tür etkileşime elektrik denir.

Bugün herkes bu ünlü antik Yunan deneyini kehribar olmadan da tekrarlayabilir.

Tecrübe koyalım

Kuru saçları plastik bir tarakla tarayın ve küçük kağıt parçalarına dokunmadan yakın tutun. Tarağa kağıt parçaları çekilecektir (Şek. 49.1).

Elektriksel Etkileşimler Vücuttaki elektrik yüklerinin varlığından kaynaklanır.

Elektrik yüküne sahip bir cisme elektrik yüklü (veya basitçe yüklü) denir ve elektrik yüklerinin cisimlere aktarılmasına elektrifikasyon denir.

Ovalanan kehribar, ovulduğunda elektriklenmesi nedeniyle elektriksel olarak etkileşime girme yeteneği kazanır. Daha sonra kehribarın bir istisna olmadığı ortaya çıktı: birçok cisim sürtünme nedeniyle elektrikleniyor. Yünlü kıyafetleri çıkardıktan veya giydikten sonra başka bir kişiye dokunduğunuzda muhtemelen siz de birden fazla kez "elektrik çarpması" hissetmişsinizdir. Bu aynı zamanda sürtünme sırasındaki elektriklenmenin de sonucudur.

Elektrikli cisimlerle (örneğin kehribar veya tarakla ovulmuş) yapılan deneyler, elektrikli cisimlerin yüksüz nesneleri çektiğini gösteriyor. Aşağıda bu çekimin aynı zamanda elektrik yüklerinin etkileşiminden kaynaklandığını göreceğiz.

1. Mobilyalardaki tozu olabildiğince iyice silmeye çalışan birçok ev hanımı, mobilya yüzeyini uzun süre kuru bir bezle ovuşturur. Ancak ne yazık ki, ne kadar çok denerlerse, toz "iyi silinmiş" yüzeylere o kadar çabuk yerleşir. Aynı şey, bir bilgisayar veya dizüstü bilgisayar monitörünü kuru bir bezle dikkatlice sildiğinizde de olur. Bu nasıl açıklanır?

Yüklü bedenleri elde etmek için okul deneyimleri Elektriksel olarak genellikle ebonit bir çubuğu yünle veya cam bir çubuğu ipekle ovuştururlar. (Ebonit - sağlam siyah, kükürt ve kauçuktan oluşur.) Sonuç olarak çubuklar elektrik yükü kazanır.

Tecrübe koyalım

Bir adet hafif metal kovanı (metal silindir) şarjlı iken dokundurarak elektriklendirelim. Cam çubuğa ve diğer manşona yüklü bir ebonit çubukla dokundurularak. Kolların çekilmeye başlayacağını göreceğiz (Şekil 49.2, a).
Ancak aynı çubuk yardımıyla elektriklendirilen iki kartuş, kartuşları elektriklendirmek için hangi çubuğu kullanırsak kullanalım her zaman itecektir (Şekil 49.2, b, c).

Bu deney, elektrik yüklerinin iki tür olduğunu gösterir: aynı türden yükler iter ve yükler çeşitli türler ilgi görüyorlar. Çoğu zaman türler hakkında değil, suçlamaların belirtileri hakkında konuşurlar ve bunları olumlu ve olumsuz olarak adlandırırlar. Gerçek şu ki, zıt işaretli yükler birbirini iptal edebilir (tıpkı pozitif ve yüklerin toplamı gibi) negatif sayılar Belki sıfıra eşit). Bu yüzden,

Elektrik yüklerinin pozitif ve negatif olmak üzere iki işareti vardır.

İpekle sürtülmüş bir cam çubuğun yükü pozitif kabul edilirken, kürk veya yünle sürtülmüş bir ebonit eğesinin yükü negatif kabul edilir.
Yükü aynı işaretli olan cisimlere aynı işaretli yük, farklı işaretli yükleri olan cisimlere ise zıt yüklü denir.

Yukarıda anlatılan deneyim şunu gösterdi:

Olası yüklü cisimler birbirini iter, zıt yüklü cisimler ise çeker..

2. a) Üç topun yükleri herhangi bir çift topun birbirini itmesine neden olabilir mi? karşılıklı olarak çekici mi?
b) Başka cisim veya alet kullanmadan şunu belirlemek mümkün müdür: her topun yükünün işareti nedir? Bütün topların yükü aynı mı?
c) Her topun yükünün işaretini belirlemek için kullanılabilecek bir deneyi açıklayın.

Elektrik yükü olmayan cisimlere yüksüz veya elektriksel olarak nötr denir. Çevremizdeki hemen hemen tüm bedenler nötrdür. Ancak bu onların elektrik yüklerinin olmadığı anlamına gelmez!

Aksine, herhangi bir cisim toplamda çok sayıda pozitif ve negatif yüklü parçacık içerir. pozitif yük ve bu parçacıkların toplam negatif yükü devasadır (bunu yakında göreceğiz). Ancak bu pozitif ve negatif yükler birbirlerini çok büyük bir doğrulukla telafi ederler.

2. Elektrik yükü taşıyıcıları

Elektrik yükü yalnızca yüklü parçacıklar tarafından taşınır. Parçacıklar olmadan elektrik yükü mevcut değildir.

Yüklü parçacıklara elektrik yükü taşıyıcıları denir. Bir madde içinde hareket edebiliyorlarsa, bunlara serbest elektrik yükü taşıyıcıları veya basitçe serbest yükler denir.

Çoğu zaman elektronlar serbest yük olarak hareket eder. Lisedeki fizik dersinizden de bildiğiniz gibi, bu çok hafif negatif yüklü parçacıklar, büyük (elektronlara kıyasla) pozitif yüklü bir atom çekirdeğinin etrafında hareket eder. Metallerde serbest yük taşıyıcıları elektronlardır.

Bir veya daha fazla elektron kaybetmiş veya kazanmış atomlar olan iyonlar da elektrik yükü taşıyabilir. (Yunanca "iyon" - gezgin kelimesinden.) Bir elektronunu/elektronlarını kaybeden bir atom, pozitif yüklü bir iyon haline gelir ve fazla elektronu/elektronları olan bir atom, negatif yüklü bir iyon haline gelir.

Örneğin, çözümde sofra tuzu(NaCl) serbest yükleri pozitif yüklü sodyum iyonları ve negatif yüklü klor iyonlarıdır.

3. Elektron kaybeden atom hangi iyona (pozitif veya negatif yüklü) dönüşür?

4. Bir atomun kütlesi şu duruma geldiğinde nasıl değişir: pozitif iyon? negatif iyon?

Çekirdeğe en uzak olan elektronlar çekirdeğe daha zayıf bağlanır. Bu nedenle, iki cisim yakın temas halinde olduğunda elektronlar bir cisimden diğerine hareket edebilir (Şekil 49.3). Bu, vücutların sürtünme sırasında neden sıklıkla elektriklendiğini açıklıyor.

Elektrifikasyonun bir sonucu olarak, bir vücutta fazla miktarda elektron belirir ve bu nedenle negatif bir elektrik yükü kazanır ve başka bir vücutta elektron eksikliği meydana gelir ve bunun sonucunda pozitif bir yük kazanır.

3. İletkenler ve dielektrikler

Serbest elektrik yükü taşıyıcıları içeren maddelere iletken denir.

Bütün metaller iyi iletkenlerdir. Tuzların ve asitlerin çözeltileri de iletkendir; bu tür sıvılara elektrolit denir. (Yunanca "litos" kelimesinden gelir - ayrışabilir, çözünür.) Elektrolitler örneğin deniz suyu ve kan.

Metallerde serbest yükler elektronlardır ve elektrolitlerde serbest yükler iyonlardır.

İçermeyen maddeler özgür medya elektrik yüküne dielektrik denir.

Dielektrikler birçok plastik ve kumaş, kuru ahşap, kauçuk, camın yanı sıra birçok sıvıdır - örneğin gazyağı ve kimyasal olarak saf (damıtılmış) su. Hava dahil gazlar da dielektriktir.

Dielektriklerde serbest yükler bulunmamasına rağmen bu onların elektriksel olaylara katılmadıkları anlamına gelmez. Gerçek şu ki, dielektriklerde bağlı yükler vardır - bunlar, bir maddenin tüm numunesi boyunca hareket edemeyen, ancak bir atom veya molekül içinde hareket edebilen elektronlardır.

Aşağıda göreceğimiz gibi bu, dielektriklerin yüklü cisimlerin etkileşimini önemli ölçüde etkilemesine yol açmaktadır: örneğin, onu onlarca kez zayıflatabilirler.

Yüksüz dielektrik cisimlerin (örneğin kağıt parçaları) yüklü cisimlere çekilmesi, bağlı yüklerin yer değiştirmesinden kaynaklanmaktadır. Aşağıda buna daha ayrıntılı olarak bakacağız.

4. Etki yoluyla elektriklenme

İletkenlerde serbest yükler bulunduğundan iletkenler yüklü cisimlere dokunmadan bile yüklenebilmektedir. Bu durumda, cesetler zıt işaretli suçlamalarla suçlanıyor.

Tecrübe koyalım

Ahşap bir masanın üzerinde duran iki metal manşonu (1 ve 2) bir iletkenle bağlayalım. Daha sonra iletkeni çıkarmadan, pozitif yüklü 1 çubuğu manşona dokunmadan manşona getiriyoruz (Şekil 49.4, a). Yüklü çubuğa çekilen serbest elektronların bir kısmı manşon 2'den manşon 1'e hareket edecektir. Sonuç olarak manşon 2 pozitif, manşon 1 ise negatif olarak yüklenecektir.

Yüklü çubuğu çıkarmadan manşonları bağlayan iletkeni çıkarırız (Şekil 49.4, b). Yüklü kalacaklar ve yükleri büyüklük olarak eşit fakat işaret olarak zıt olacaktır.

Artık yüklenen çubuğu çıkarabilirsiniz: kartuşlarda farklı yükler kalacaktır.

Bedenleri elektriklendirmenin bu yöntemine etki yoluyla elektriklendirme denir.

Lütfen unutmayın: Etki yoluyla elektriklenme, ücretlerin yeniden dağıtılmasından kaynaklanmaktadır. Cebirsel toplam cisimlerin yükü sıfıra eşit kalır: cisimler eşit büyüklükte ve zıt işaretli yükler alırlar.

5. Yüklü çubuğun ve ardından manşonları bağlayan iletkenin çıkarılması durumunda açıklanan deneyin sonucunun nasıl ve neden değişeceğini ayrıntılı olarak anlatın. Hikayenizi şematik çizimlerle gösterin.

6. Yukarıda anlatılan deneyde kişinin neden manşonu bağlayan metal çubuğu tahta sapından tuttuğunu açıklayın. Bu deney sırasında bir kişinin metal bir çubuğu doğrudan eliyle tutması durumunda ne olacağını açıklayın. Lütfen bunu dikkate alın insan vücudu bir orkestra şefidir.

5. Yüksüz cisimler neden yüklü cisimlere çekilir?

Şimdi nedenini öğrenelim yüksüz cisimler yüklü olanlara çekilir.

Tecrübe koyalım

Pozitif yüklü bir çubuğu yüksüz metal manşona yaklaştıralım (Şekil 49.5). Serbest elektronlar manşonlar pozitif yüklü çubuğa çekilecek, böylece manşonun çubuğa en yakın kısmında negatif bir elektrik yükü görünecek ve elektron eksikliğinden dolayı uzak kısımda pozitif bir yük görünecektir.

Sonuç olarak, manşondaki negatif yükler çubuğa daha yakın olduğundan manşon çubuğa çekilecektir.

7. Yüksüz bir metal manşonun neden negatif yüklü bir çubuğa çekildiğini açıklayın.

Böylece, yüksüz iletkendeki serbest yüklerin yeniden dağıtılması nedeniyle, yüksüz bir iletken, herhangi bir işaret yüküne sahip yüklü bir gövdeye çekilir.

8. Şekil 49.6, A ve B manşonlarının yanı sıra B ve C manşonlarının etkileşimini göstermektedir. A manşonunun pozitif yüklü olduğu bilinmektedir.
a) B kartuşunun dolu olduğunu söyleyebilir miyiz? Eğer öyleyse, yükünün işareti nedir?

c) A ve C kollarının nasıl etkileşime gireceğini tahmin etmek mümkün müdür?

Yüksüz bir dielektrik, herhangi bir işarete sahip bir cisim tarafından da çekilir. Bu, dielektrikteki bağlı yüklerin yer değiştirmesiyle açıklanır: dielektrik yüzeyinde farklı işaretli yükler görünür ve zıt işaretli yükler yüklü gövdeye daha yakındır. Bu çekiciliğe yol açar.

Aşağıda bir dielektrikteki bağlı yüklerin yer değiştirmesini daha ayrıntılı olarak ele alacağız.

6. Elektriksel etkileşimlerin rolü

Atomların varlığı, pozitif yüklü çekirdeklerin ve negatif yüklü elektronların elektriksel etkileşiminden kaynaklanmaktadır.

Atomların ve moleküllerin etkileşimi de elektriksel niteliktedir: bu sayede atomlar moleküller halinde birleşir ve atomlardan ve moleküllerden sıvı ve moleküller oluşur. katılar. Nötr atom ve moleküllerin elektriksel etkileşimi açıklanıyor Eşit olmayan dağılım içlerindeki elektrik yükü.

Elektriksel etkileşimler aynı zamanda canlı bir organizmadaki birçok süreçten de sorumludur. Özellikle dürtülerin doğası sinir hücreleri beyin hücreleri de dahil.

Elektriksel etkileşimler yerçekimsel etkileşimlerden kat kat daha yoğundur. Örneğin iki elektron arasındaki elektriksel itme kuvveti onların kuvvetini aşıyor. yerçekimi çekimi yaklaşık 4 * 10 42 kez. Bununla karşılaştırıldığında çok büyük sayı Avogadro sabiti bile çok küçük görünüyor! § 50'de elektriksel ve yerçekimsel etkileşim kuvvetlerinin bu karşılaştırmalı değerlendirmesini kontrol edeceğiz.

Peki elektriksel etkileşim bu kadar güçlüyse neden çevremizde bunu bu kadar nadiren fark ediyoruz?

Gerçek şu ki etrafımızdaki hemen hemen tüm cisimler elektriksel olarak nötrdür: toplam devasa bir pozitif elektrik yükü atom çekirdeğiçok yüksek doğrulukla modülde buna eşit bir toplamla telafi edilir negatif yük elektronlar.

Ancak bu dengeleme sayesinde, maddenin içinde elektriksel etkileşim kuvvetlerinin ne kadar büyük "gizli" olduğunu fark etmiyoruz.

Ancak bizi çevreleyen bedenlerdeki bu karşılıklı yük telafisi şu anlama gelmez: elektriksel kuvvetler kendilerini hiçbir şekilde göstermezler, örneğin mekanik olaylar. Aslında mekaniği incelerken bu kuvvetleri dolaylı olarak hesaba kattık.

Hatırlayacağınız gibi, mekanikte üç tür kuvvet dikkate alınır: yerçekimi kuvvetleri, elastik kuvvetler ve sürtünme kuvvetleri. Bu kuvvetlerden ikisi - elastik kuvvet ve sürtünme kuvveti - cisimleri oluşturan atom ve moleküllerin etkileşiminden kaynaklanır ve zaten bildiğimiz gibi atom ve moleküllerin etkileşimi elektriksel niteliktedir.

Ek sorular ve görevler

9. İki özdeş manşon, aynı uzunluktaki iplikler üzerinde yan yana asılır. Dolu bir fişek kovanı kırmızı ipliğe asılır ve şarj edilmemiş bir fişek kovanı mavi ipliğe asılır. Hangi iplik dikeyden daha fazla sapıyor?

10. İpliklerin üzerinde yan yana asılı duran iki metal manşon birbirini itmektedir. Bu kartuşlardan birine elinizle dokunduğunuzda bu kartuşlar nasıl etkileşime girecek?
11. Şekil 49.7, A ve B kolları ile B ve C kolları arasındaki etkileşimi göstermektedir.
a) B olayındaki suçlama hakkında ne söylenebilir?
b) C şıkkındaki suçlama hakkında ne söylenebilir?

12. Yükleri zıt işaretlere sahip iki dikey metal plaka arasında hafif metal bir top asılıdır (Şekil 49.8). Top plakalardan birine dokunduğunda ne olacağını açıklayın.

Elektriksel etkileşim

Mekanik, tek taraflı çekimin - ve genel olarak tek taraflı eylemin - var olamayacağını öğretir: her eylem etkileşimdir. Elektrikli bir çubuk çekiyorsa çesitli malzemeler, o zaman kendisinin de onlardan etkilenmesi gerekir. Bunu doğrulamak için, yalnızca tarağa veya çubuğa, örneğin bir iplik halkasına asarak hareketlilik kazandırmanız gerekir (iplik ipek ise daha iyidir). O zaman elektriklenmeyen herhangi bir nesnenin (hatta elinizin bile) tarağı çektiğini, döndürdüğünü vs. keşfetmek kolaydır. Bunu tekrarlıyoruz, Genel hukuk doğa. Her zaman ve her yerde kendini gösterir: her eylem, birbirine zıt yönde etki eden iki cismin etkileşimidir.