Просто УрокЭлектризация и заряды: ОГЭ
Разберём «Электризация и заряды: ОГЭ» так, чтобы тема наконец встала на место: короткая теория, наглядный пример, алгоритм и ошибки, на которых теряют баллы. В конце — что запомнить и где закрепить на практике.
Что такое электризация и электрический заряд
Многие девятиклассники теряют обидные баллы на ОГЭ по физике в качественных задачах и тестах на электростатику, путая знаки зарядов или забывая базовые принципы взаимодействия тел. В этой статье мы разберем явление электризации от строения атома до закона сохранения заряда, чтобы ты уверенно забирал максимальные баллы в номерах 1, 2, 10, 13 и 14 реального экзамена.
Электризация — это процесс перераспределения электрического заряда между телами или частями одного тела, в результате которого тела приобретают свойство притягивать или отталкивать другие объекты. Способность к такому взаимодействию определяется физической величиной, которая называется электрическим зарядом (обозначается буквой q или Q). В Международной системе единиц (СИ) заряд измеряется в кулонах (Кл).
В природе существует два вида зарядов: положительные и отрицательные. Носителем наименьшего неделимого отрицательного заряда является электрон, а положительного — протон. Величина этого неделимого заряда называется элементарным зарядом и обозначается буквой e:
e ≈ 1,6 · 10⁻¹⁹ Кл
Заряд электрона: qₑ = -1,6 · 10⁻¹⁹ Кл
Заряд протона: qₚ = +1,6 · 10⁻¹⁹ Кл
Запомни классические пары из тестов ОГЭ: стеклянная палочка при трении о шелк заряжается положительно (отдает электроны), а эбонитовая или янтарная палочка при трении о шерсть (мех) заряжается отрицательно (забирает электроны).
Способы электризации тел: трение, соприкосновение, индукция
Чтобы наэлектризовать тело, необходимо нарушить баланс между положительными и отрицательными зарядами. В школьном курсе физики и заданиях ОГЭ рассматривают три основных механизма электризации:
1. Электризация трением (соприкосновением с трением). При плотном контакте двух разнородных тел электроны с поверхности одного вещества переходят на другое. В результате оба тела заряжаются равными по модулю, но противоположными по знаку зарядами.
2. Электризация соприкосновением (контактом). Если заряженное тело привести в контакт с незаряженным проводником, часть избыточных электронов перейдет с одного тела на другое. Оба тела приобретут заряды одного знака.
3. Электризация через влияние (электростатическая индукция). Происходит без прямого контакта. При поднесении заряженного тела к незаряженному проводнику свободные электроны внутри проводника смещаются, вызывая разделение зарядов на его противоположных сторонах.
| Способ электризации | Что происходит с электронами | Знаки зарядов взаимодействующих тел |
|---|---|---|
| Трение | Переходят с одного тела на другое | Противоположные (+ и -), равные по модулю |
| Соприкосновение | Перераспределяются между телами | Одинаковые знаки у обоих тел |
| Индукция (влияние) | Смещаются внутри одного проводника | Разные знаки на противоположных концах |
Если хочешь быстро проверить, насколько хорошо ты различаешь эти способы на схемах и рисунках, попробуй решить интерактивный тест в личном кабинете.
Строение атома и закон сохранения электрического заряда
Любое вещество состоит из атомов. В центре атома находится положительно заряженное ядро (состоящее из протонов и нейтронов), вокруг которого движутся отрицательно заряженные электроны. В нейтральном атоме число протонов в точности равно числу электронов, поэтому суммарный электрический заряд атома равен нулю.
Если нейтральный атом теряет один или несколько электронов, он превращается в положительный ион (катион). Если же атом захватывает лишние электроны, он становится отрицательным ионом (анионом). Массивные протоны прочно связаны в ядре и никуда не перемещаются при обычных электростатических явлениях — перемещаются исключительно электроны.
Один из фундаментальных законов физики — закон сохранения электрического заряда: в замкнутой (изолированной) системе тел алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной при любых взаимодействиях:
\( q_1 + q_2 + q_3 + ... + q_n = const \)
Это означает, что электрические заряды не возникают из ничего и не исчезают бесследно, а лишь передаются от одних тел к другим или перераспределяются внутри тела.
Взаимодействие зарядов и электрическое поле
Основное правило электростатики формулируется просто: одноименные заряды отталкиваются, а разноименные — притягиваются. Сила взаимодействия зависит от величины зарядов и расстояния между ними. Взаимодействие между зарядами передается посредством материальной среды — электрического поля, которое окружает любой электрический заряд.
Силовые линии электрического поля начинаются на положительных зарядах (или уходят в бесконечность) и заканчиваются на отрицательных зарядах (или приходят из бесконечности). Чем гуще расположены силовые линии на графике, тем сильнее электрическое поле в данной точке пространства.
Нейтральное (незаряженное) легкое тело всегда притягивается к заряженному телу любого знака! Это происходит из-за явления электростатической индукции: заряженное тело притягивает к себе ближний наведенный разноименный заряд сильнее, чем отталкивает дальний одноименный.
Для глубокого понимания этой и других тем физики рекомендуем ознакомиться с нашей комплексной программой в разделе подготовки к ОГЭ по физике, где все типы заданий разложены по полочкам.
Разбор типовой задачи из ОГЭ на перераспределение зарядов
Рассмотрим классическую расчетную задачу из ОГЭ, в которой проверяется применение закона сохранения заряда при соприкосновении одинаковых проводящих тел.
Условие задачи: Два одинаковых проводящих металлических шарика с зарядами q₁ = +7 нКл и q₂ = -3 нКл привели в соприкосновение, а затем развели на прежнее расстояние. Затем первый шарик привели в соприкосновение с третьим таким же, но незаряженным шариком. Какой заряд установился на первом шарике?
Дано:
q₁ = +7 нКл
q₂ = -3 нКл
q₃ = 0 нКл
Шарики одинаковые (проводящие)
Решение:
1. При первом соприкосновении шариков 1 и 2 суммарный заряд системы по закону сохранения:
q_общ = q₁ + q₂ = +7 + (-3) = +4 нКл.
Поскольку шарики одинаковые, заряд делится поровну:
q₁' = q₂' = q_общ / 2 = +42 = +2 нКл.
2. Первый шарик с зарядом q₁' = +2 нКл касается незаряженного третьего шарика (q₃ = 0):
q_общ2 = q₁' + q₃ = +2 + 0 = +2 нКл.
После разъединения заряд снова делится поровну между одинаковыми телами:
q₁'' = q₃' = q_общ22 = +22 = +1 нКл.
Ответ: +1 нКл (или 1 · 10⁻⁹ Кл).
Что запомнить: шпаргалка и план действий
Перед экзаменом держи в голове ключевые выводы по теме «Электризация и заряды»:
1. Заряд дискретен: любой заряд кратен элементарному заряду e ≈ 1,6 · 10⁻¹⁹ Кл.
2. При электризации перемещаются только электроны: потеря электронов дает знак «+», избыток электронов — знак «-».
3. При трении заряжаются оба тела разноименно, но одинаково по модулю.
4. При соприкосновении одинаковых проводников суммарный заряд делится строго пополам.
5. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные притягиваются; незаряженные тела притягиваются к любому заряду из-за поляризации/индукции.
Теория понятна, но без решения типовых вариантов балл на ОГЭ не вырастет. Твой следующий шаг: зарегистрируйся в «Просто Урок» и реши 5 практических задач бесплатно в тренажере, чтобы закрепить материал на 100%.
Почему незаряженная гильза притягивается к наэлектризованной палочке?
Под действием электрического поля палочки в гильзе происходит перераспределение свободных электронов (электростатическая индукция). На ближней к палочке стороне гильзы скапливается заряд противоположного знака, который притягивается к палочке сильнее, чем отталкивается одноименный заряд на дальней стороне.
Может ли тело обладать электрическим зарядом 2,5 · 10⁻¹⁹ Кл?
Нет, не может. Любой электрический заряд макроскопического тела всегда кратен элементарному заряду электрона e = 1,6 · 10⁻¹⁹ Кл (q = n · e, где n — целое число). Число 2,5 · 10⁻¹⁹ не делится на 1,6 · 10⁻¹⁹ нацело, поэтому такой заряд физически не существует.
Чем проводники отличаются от диэлектриков при электризации?
В проводниках (металлы, растворы солей) есть свободные носители заряда, поэтому сообщенный заряд мгновенно распределяется по всей внешней поверхности проводника. В диэлектриках (стекло, эбонит, резина) свободных зарядов нет, поэтому заряд остается локализован в том месте, где происходило трение.
Как закрепить тему после разбора?
Лучший способ — сразу решить 10–15 тематических заданий формата ОГЭ (задания на строение атома, деление зарядов при контакте и электроскопы). Заходи в личный кабинет «Просто Урок», выбирай раздел «Электростатика» и отрабатывай алгоритмы решений с автоматической проверкой.
Проверь себя на реальных заданиях
После такого разбора решите 5–7 заданий подряд — и тема ваша. Тренажёр Просто Урок подберёт их автоматически, ошибки объяснит по шагам. Бесплатно, в браузере.