Oddziaływanie ciał naelektryzowanych

około 10 minut

W tej lekcji1/10

Zawieś na nitce plastikową słomkę i potrzyj ją papierowym ręcznikiem. Weź drugą, potartą tak samo, i zbliż. Zawieszona słomka ucieknie, zanim jej dotkniesz. A ta sama słomka przyciągnie strumień wody z kranu. Ucieka albo goni — od czego to zależy?

Dwa ładunki, dwie możliwości

Jednoimienne uciekają, różnoimienne się szukają. Gdy dwa naelektryzowane ciała znajdą się blisko siebie, zawsze działają na siebie siłą elektryczną:

Pałeczka naelektryzowana ujemnie leży z prawej strony kulki

Od czego zależy, jak mocno ciągnie albo odpycha

Siłę elektryczną oznaczamy $F$ . Zależy ona od dwóch rzeczy.

Kulka wahadełka i słomka naelektryzowana tym samym znakiem, leżąca z lewej strony

Po pierwsze, od wielkości ładunków. Im większe ładunki $q_1$ i $q_2$ , tym większa siła. Podwój ładunek na jednym ciele, a siła też się podwoi. Dlatego dłużej pocierana słomka odpycha mocniej niż muśnięta ręcznikiem przez sekundę.

Po drugie: odległość

Im dalej ciała od siebie, tym siła słabsza, i to bardzo szybko. Odsuń ciała dwa razy dalej, a siła zmaleje cztery razy. Trzy razy dalej — dziewięć razy słabiej. To dlatego wystarczy odsunąć rękę o kilkanaście centymetrów i słomka spokojnie wraca na miejsce.

W skrócie: $F$ rośnie razem z $q_1$ i $q_2$ , a maleje wraz z odległością $r$ .

Sam kierunek siły określa już tylko znak ładunków — wzdłuż prostej łączącej ciała, do siebie albo od siebie.

Dwie słomki — doświadczenie krok po kroku

1
Zawieś jedną plastikową słomkę na nitce albo połóż ją na szyjce butelki, tak żeby mogła się swobodnie obracać. Nietknięta wisi spokojnie — jest elektrycznie obojętna.
$q_1 = 0\ \text{C},\quad q_2 = 0\ \text{C}$
2
Potrzyj obie słomki tym samym papierowym ręcznikiem. Skoro materiały są te same, elektrony wędrują w tę samą stronę — obie słomki dostają ładunek tego samego znaku.
$q_1 \cdot q_2 > 0$
3
Trzymaną w ręce słomkę powoli zbliżaj do zawieszonej. Zanim się zetkną, zawieszona zaczyna się obracać i ucieka. To odpychanie ładunków jednoimiennych.
4
Teraz odsuń rękę o kilkanaście centymetrów. Słomka przestaje uciekać i wraca do pionu — siła zmalała tak bardzo, że nie ma już z czym walczyć.
Wskazówka
Zwróć uwagę: nic się nie dotknęło. Cała rozmowa odbyła się przez powietrze.

Wszystkie kroki za Tobą!

Twoja kolej

Pręt szklany potarty suknem ma ładunek dodatni. Zbliżasz go do kulki wahadełka, która także jest naładowana dodatnio. Co zaobserwujesz — przyciąganie czy odpychanie?

Pułapka! Naelektryzowane ciało przyciąga także ciała obojętne

Najczęstsze przekonanie w tym temacie: skoro linijka przyciągnęła skrawek papieru, to skrawek też musiał być naelektryzowany. To nieprawda.

Linijka zagina strumień wody

1
Odkręć kran tak, żeby leciał cienki, ciągły strumień wody — im cieńszy, tym efekt lepiej widać. Woda z kranu jest elektrycznie obojętna.
$q_{\text{woda}} = 0\ \text{C}$
2
Potrzyj plastikową linijkę o wełniany sweter albo o włosy. Linijka zbiera nadmiar elektronów, czyli ładunek ujemny.
$q_{\text{linijka}} < 0$
3
Zbliż linijkę do strumienia z boku, na jakieś dwa centymetry, ale go nie dotykaj. Niczego nie pocierasz i nic wody nie dotyka.
4
Strumień wygina się w stronę linijki i tak zostaje, dopóki jej nie odsuniesz. Woda przez cały czas ma ładunek zero, a mimo to jest przyciągana.
Wskazówka
Odsuń linijkę o dłoń i strumień wraca do pionu. To znowu ta sama historia: dalej znaczy dużo słabiej.

Wszystkie kroki za Tobą!

Twoja kolej

Kulka wahadełka elektrostatycznego zrobiona jest ze styropianu i jest elektrycznie obojętna. Zbliżasz do niej naelektryzowany pręt, nie dotykając kulki. Co się stanie — przyciąganie czy odpychanie?

Ściąga do zapamiętania

Kiedy naelektryzowane ciała się odpychają, a kiedy przyciągają — i dlaczego linijka przyciąga obojętny papier?

Ładunki jednoimienne się odpychają, różnoimienne przyciągają. Siła $F$ jest wzajemna i działa na odległość, bez dotyku.
• Rośnie, gdy ładunki $q_1$ i $q_2$ są większe, i maleje z odległością $r$ — dwa razy dalej to cztery razy słabiej.
• Naelektryzowane ciało przyciąga także ciała obojętne: stąd linijka ciągnąca skrawki papieru i zaginająca strumień wody, choć $q_{\text{woda}} = 0\ \text{C}$ .
• Pułapka: przyciąganie niczego nie dowodzi. Pewnym dowodem naelektryzowania jest dopiero odpychanie — odepchnąć mogą się tylko dwa ciała naelektryzowane jednoimiennie.

Sprawdź się!

Dwie plastikowe słomki potarto tym samym papierowym ręcznikiem i zbliżono do siebie. Co się stanie?

Dwa naelektryzowane ciała odsunięto od siebie na dwa razy większą odległość. Co stało się z siłą, którą na siebie działają?

Naelektryzowana słomka przyciąga leżący obok skrawek papieru. Jaką siłą skrawek działa na słomkę?

Które zjawisko jest pewnym dowodem na to, że badane ciało jest naelektryzowane?

Kulka wahadełka ma ładunek ujemny. Zbliżamy do niej pręt szklany naelektryzowany dodatnio. Co zaobserwujemy?

Następny temat

Budowa atomu. Ładunek elementarny