Электризация тел и заряды

Электризация тел: почему возникают заряды

Электризация кажется маленьким фокусом: расчеши волосы, поднеси расчёску к бумаге — и кусочки бумаги сами потянутся к ней. Но на контрольной важно не просто помнить этот опыт, а понимать, какие частицы перемещаются и почему тело начинает притягивать другие предметы. Разберём тему так, чтобы ты мог объяснить явление словами, записать формулы и уверенно решить типовую задачу.

Все тела состоят из атомов. В атоме есть положительно заряженное ядро и отрицательно заряженные электроны. В обычном состоянии число протонов и электронов одинаково, поэтому тело электрически нейтрально. При электризации электроны переходят с одного тела на другое. Протоны внутри ядер не перемещаются по веществу, поэтому заряд тела меняется именно из-за избытка или недостатка электронов.

Если тело получило электроны, оно заряжается отрицательно. Если отдало электроны, появляется положительный заряд. Сам заряд обозначают буквой q и измеряют в кулонах, Кл. Заряд электрона по модулю равен элементарному заряду: e = 1,6 × 10⁻¹⁹ Кл.

Виды электризации и взаимодействие зарядов

Электризовать тела можно трением, соприкосновением и влиянием. При трении разные материалы по-разному удерживают электроны: часть электронов переходит с одного тела на другое. Например, эбонитовая палочка после трения о шерсть обычно получает отрицательный заряд, а шерсть — положительный. Важно: заряды появляются парами, а общий заряд замкнутой системы сохраняется.

При соприкосновении заряженного проводника с незаряженным электроны перераспределяются между телами. При электризации влиянием заряженное тело не касается проводника, но вызывает в нём разделение зарядов. Этот способ особенно хорошо проявляется в металлах, где свободные электроны могут перемещаться.

Одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые притягиваются. Заряженное тело может притягивать даже нейтральный предмет: в нём происходит небольшое разделение зарядов, то есть поляризация.

Закон сохранения электрического заряда

В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов остаётся постоянной. Это означает, что электрический заряд не возникает из ничего и не исчезает бесследно: он только переходит от одного тела к другому или перераспределяется внутри системы.

\( q_1 + q_2 + … + q_n = const \)
при передаче заряда: q₁ + q₂ = q₁′ + q₂′

Знак заряда нужно учитывать обязательно. Если два одинаковых металлических шарика имеют заряды +6 мкКл и −2 мкКл и соприкоснулись, общий заряд равен +4 мкКл. После разделения одинаковые шарики получат по +2 мкКл, если условия позволяют заряду распределиться поровну.

Единицы удобно переводить заранее: 1 мкКл = 10⁻⁶ Кл, 1 нКл = 10⁻⁹ Кл. Не смешивай микрокулоны и нанокулоны в одной строке без перевода. Для тренировки можно открыть бесплатную практику в личном кабинете и отдельно отработать знаки и приставки.

Величина	Обозначение	Единица
Электрический заряд	q	кулон, Кл
Элементарный заряд	e	1,6 × 10⁻¹⁹ Кл
Сила взаимодействия	F	ньютон, Н

Закон Кулона

Силу взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме находят по закону Кулона. Она зависит от модулей зарядов и расстояния между ними. Чем больше заряды, тем сильнее взаимодействие. Чем дальше они находятся друг от друга, тем сила меньше.

\( F = k \cdot |q_1| \cdot |q_2| / r^2 \)
k ≈ 9 × 10⁹ Н·м²/Кл²

Здесь F — сила взаимодействия в ньютонах, q₁ и q₂ — заряды в кулонах, r — расстояние между ними в метрах. Квадрат расстояния особенно важен: если увеличить расстояние в 2 раза, сила уменьшится в 4 раза. Если уменьшить расстояние в 3 раза, сила возрастёт в 9 раз.

Формула даёт модуль силы, поэтому знак зарядов определяют отдельно: одинаковые знаки означают отталкивание, разные — притяжение. Закон Кулона применяют для точечных зарядов или тел, размеры которых намного меньше расстояния между ними.

Типовая задача с зарядами

Разберём задачу, где нужно найти силу взаимодействия двух зарядов. Пусть два точечных заряда находятся в воздухе на расстоянии 20 см. Их значения равны 3 мкКл и 4 мкКл. Требуется определить силу и характер взаимодействия.

Дано:
q₁ = 3 мкКл = 3 × 10⁻⁶ Кл
q₂ = 4 мкКл = 4 × 10⁻⁶ Кл
r = 20 см = 0,2 м
k ≈ 9 × 10⁹ Н·м²/Кл²
Решение:
\( F = k \cdot |q_1| \cdot |q_2| / r^2 \)
\( F = 9 \times 10^9 \cdot 3 \times 10^-^6 \cdot 4 \times 10^-^\dfrac{6}{0,2^2} = 2,7 \text{Н} \)
Оба заряда положительные, поэтому они отталкиваются.
Ответ: F = 2,7 Н, заряды отталкиваются.

Проверяй результат оценкой: заряды имеют микрокулонный порядок, расстояние небольшое, поэтому сила в несколько ньютонов выглядит правдоподобно. Если в вычислении получилось 2,7 × 10⁶ Н, почти наверняка потеряны степени десяти.

Что запомнить

Электризация — это перераспределение электронов между телами. Избыток электронов даёт отрицательный заряд, недостаток — положительный. При трении, соприкосновении и влиянии заряд распределяется по-разному, но в изолированной системе выполняется закон сохранения электрического заряда.

Одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые притягиваются. Силу взаимодействия находят по закону Кулона: F = k · |q₁| · |q₂| / r². Перед решением переводи все заряды в кулоны, расстояние — в метры, а знак взаимодействия определяй словами.

Закрепи тему практикой: зарегистрируйся и реши 5 заданий бесплатно, затем разбери ошибки. Если готовишься к экзамену, полезно дополнительно посмотреть подборки для ОГЭ по физике или ЕГЭ по физике.