ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ БУМАЖНЫХ ГИЛЬЗ

Опыт демонстрирует взаимодействие тел, заряженных одноименными электрическими зарядами. Сила этого взаимодействия описывается фундаментальным законом, открытым в 1785 году французским физиком и военным инженером Шарлем Кулоном. Поэтому взаимодействие (притяжение или отталкивание) заряженных электричеством тел называют еще кулоновским.

Демонстрационный прибор состоит из двух горизонтальных металлических перекладин на стеклянных стойках, установленных на деревянном основании. С конца каждой перекладины свисает пара тонких капроновых нитей, к концам которых привязано по одной гильзе - бумажной оболочке сигареты. Гильзы, при отсутствии на них избыточных зарядов, располагаются близко друг к другу, а нити, на которых они подвешены, при этом параллельны и вертикальны.

Стеклянную палочку натирают сукном и касаются ею свободно висящих гильз, которые при этом прилипают на некоторое время к палочке. Продолжительность этой стадии опыта зависит от влажности воздуха и может длиться от долей секунды до минуты. При этом часть зарядов (положительного знака) перемещается с палочки на гильзы. После того, как гильзы зарядятся, они отскакивают как от палочки,

Шарль Кулон

Рис. 1. Шарль Кулон

так и друг от друга так далеко, насколько им позволяют нити и собственный вес.

Палочку затем перемещают влево-вправо. Синхронно с палочкой перемещаются и гильзы, словно они скреплены с палочкой и между собой жесткой невидимой связью, что со стороны выглядит весьма забавно. Затем опыт можно повторить, наэлектризовав гильзы отрицательными зарядами от потертой о кожу эбонитовой палочки.

ЭЛЕКТРОСКОП И ЭЛЕКТРОМЕТР

Изучение свойств электрических зарядов и электрических полей, а также установление количественных соотношений между характеризующими их физическими величинами (количество зарядов, напряженность поля, потенциал и напряжение, электроемкость) невозможно без специальных измерительных приборов. Среди них наиболее простыми и наглядными являются электроскоп и электрометр. Конструкции этих приборов хорошо просматривается учащимися, для их работы не нужны дополнительные источники питания, у них нет органов управления и они всегда готовы к работе. Их применение в учебном процессе значимо еще и потому, что первые исследования в области электричества осуществлялись именно такими приборами.

Демонстрационный электроскоп (рис. 2) представляет собой стеклянный параллелепипед с изолирующей втулкой на верхней плоскости. Через отверстие во втулке пропущен металлический стержень, к средней части которого подвешены две легкие бумажные гильзы, а на верхний наружный конец навинчен маленький шарик.

При касании наэлектризованной палочкой верхней части стержня заряд с контактирующего участка палочки растекается по стержню и гильзам. Между ними возникают силы взаимного отталкивания, приводящие к раздвиганию гильз.

Электроскоп

Рис. 2. Электроскоп

По мере добавления на электроскоп новых порций заряда угол расхождения гильз соответственно увеличивается (это соответствие нелинейное). Для пополнения же заряда на электроскопе надо провести палочкой по стержню несколько раз, каждый раз поворачивая ее, чтобы снять заряды и с других участков ее поверхности. По расхождению гильз наблюдатели оценивают величину электрического заряда на электроскопе.

Электрометр

Рис. 3. Электрометр

Другой электростатический измерительный прибор - электрометр представляет собой цилиндрический, застекленный с обеих сторон корпус, закрепленный на основании (рис. 3). Через изолирующую втулку внутрь корпуса проходит металлический стержень с установленной на ней легкой металлической стрелкой. Ось стрелки расположена горизонтально и проходит немного выше ее центра тяжести, поэтому стрелка незаряженного электрометра располагается вертикально, параллельно стержню. Существуют также электрометры и без корпуса. Однако стрелка таких электрометров ввиду ее механической незащищенности может быть случайно повреждена.

При соприкосновении заряженного тела со стрежнем часть зарядов с тела перетекают на электрометр и распределяются по его стержню и стрелке. Возникающие при этом силы отталкивания между стержнем и стрелкой вызывают её поворот на угол, соответствующий величине заряда на электрометре. Нанесенная на стеклянную стенку шкала позволяет измерить величину этого заряда посредством прилагаемой к электрометру таблицы.

При медленном поднесении заряженной палочки к электрометру легко заметить, что стрелка начинает отклоняться, когда палочка еще не касается прибора, а находится на некотором расстоянии от него. Это обусловлено явлением электростатической индукции. Чтобы это явление преждевременно не отвлекало внимание наблюдателей от основной цели опыта, палочку к электрометру надо подносить быстро.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >