Какое свойство заряда позволяет измерять заряд электрометром
Устройство и принцип работы
электрометра
Электрометр – прибор
для обнаружения электрических зарядов и приблизительного определения их
величины.
1 – полый, проводящий шар
2 – металлический стержень
3 – металлический корпус
4 – пластмассовая пробка, вставленная в корпус
5 – стекло, закрывающие корпус с двух сторон
6 – металлическая стрелка
7 – непроводящая подставка
Электрометр позволяет определить, заряжено тело или нет.
Для это необходимо поднести тело к шару(1), и в случае если тело заряжено
стрелка отклонится.
Почему же стрелка отклоняется? Предположим, что тело
обладало отрицательным зарядом. Следовательно на теле был избыток
электронов. При соприкосновении с шаром, часть электронов переместилась на
электрометр. При этом шар стал отрицательно заряженным.
Поскольку шар(1) соединен со стержнем(2), а тот в свою
очередь со стрелкой(6), и все они являются проводниками, электроны
переместились на стержень и стрелку. Пластмассовая пробка(4) необходима для
изоляции системы шар, стержень, стрелка.
В результате стержень и стрелка получили одноименный
отрицательный заряд. Следовательно они будут отталкиваться и стрелка
отклонится. Причем, чем больше заряд тем больше отклонение стрелки.
Электрометр позволяет только оценить величину заряда, т.е.
сказать у одного тела заряд больше, чем у другого. С помощью электрометра
нельзя определить наличие маленького заряда, т.к. при малом заряде, силы
отталкивания, одноименных зарядов, будет недостаточно для отклонения
стрелки.
Почему стрелка возвращается в исходное положение, при
отсутствии заряда? Точка подвеса стрелки находится выше центра тяжести,
поэтому стрелка будет стремится принять вертикальное положение.
Электризация влиянием
Электризация влиянием – вид
электризации, происходящий в результате воздействия внешнего
электрического поля на вещество, в результате которого, происходит
перераспределение электрического заряда.
Поднесем положительно заряженную палочку к электрометру (заряд которого
равен нулю), но касаться электрометра не будем. Стрелка электрометра
отклонится. Почему это происходит, ведь мы не касаемся электрометра?
Воздух является хорошим диэлектриком и заряд не мог перетечь с палочки
на электрометр.
Поскольку стрелка, стержень и пар электрометра
являются проводниками, в них присутствуют свободные отрицательно
заряженные частицы – электроны. Когда мы подносим положительный заряд к
шару, свободные электроны будут притягиваться к этому заряду и
перемещаться на более близкое расстояние к заряду, в результате чего в
шаре окажется избыточный отрицательный заряд.
В нижней же части электрометра, т.е. в стрелке и нижней части стержня,
будет избыточный положительный заряд. Одноименные заряды будут
отталкиваться и стрелка отклонится.
Если палочку с положительным зарядом убрать, то
электрометр снова покажет нулевой заряд. Т.е. в результате
взаимодействия электрического поля положительно заряженной палочки,
внутри электрометра произошло перераспределение заряда и суммарный заряд
остался исходным (равным нулю).
WebPhysics.ru
назад
Источник
Электрометр – это тот же электроскоп, только вместо стеклянного сосуда стержень и листки помещены в жёсткий металлический корпус.
На рисунке изображён общий вид электрометра. Его стержень соединён наверху с шариком, а внизу с листками. Вся эта система изготовлена из проводящего материала и закреплена с помощью диэлектрической пробки в жёстком металлическом корпусе.
Если заряженным телом коснуться шарика или стержня электрометра, то заряд с тела частично перейдёт на систему шарик-стержень-листки и распределится между ними так, что потенциал в любой точке системы станет одинаковым, то есть общая поверхность шарика, стержня и листков станет эквипотенциальной.
Поверхность корпуса при его заземлении (соединении с Землёй) тоже станет эквипотенциальной (другого потенциала). Потенциал любой точки металлического корпуса станет равным потенциалу Земли.
Таким образом, между системой шарик-стержень-листки и корпусом возникнет разность потенциалов, то есть возникнет электростатическое поле. Это же поле характеризуется ещё напряжённостью, а на рисунке может быть изображено эквипотенциальными поверхностями (показаны сплошными линиями) и силовыми линиями (на рисунке показаны пунктирными линиями).
Чем сильнее электрическое поле, тем гуще расположены эти линии (сравните рис. а и б) и тем больше угол расхождения листков. Разность потенциалов между системой и корпусом определяется по шкале прибора. Обратите внимание, что эквипотенциальная поверхность, близкая к системе шарик-стержень-листки по форме близка к форме системы, а эквипотенциальная поверхность, близкая к корпусу, по форме близка к окружности.
Допустим, нам надо измерить разность потенциалов между заряженным телом произвольной формы и Землёй.
Тогда стержень электроскопа надо соединить с заряженным проводником проволокой. Металлический корпус при этом заземлён. Посмотрим, что будет происходить при этом. Свободные электроны в проводниках будут перемещаться до тех пор, пока разность потенциалов между стержнем электроскопа и проводником не станет равной нулю (это происходит быстро). Таким образом, электрометр одновременно покажет разность потенциалов между стержнем (листками) и корпусом электрометра и разность потенциалов между проводником и Землёй.
Перемещая конец проволоки по поверхности проводника можем убедиться, что угол между листками при этом не меняется. Значит, потенциал во всех точках проводника одинаков (хотя плотность зарядов на острие максимальна), то есть поверхность проводника является эквипотенциальной.
Ещё отметим, что уединённый проводник можно зарядить только изолировав его от Земли, то есть поставив его на диэлектрик, иначе все избыточные заряды уйдут в Землю. Точнее будет сказать так: если проводник заряжен отрицательно, то избыточные электроны уйдут в Землю; если же проводник заряжен положительно, то к нему от Земли придут электроны и скомпенсируют его избыточный положительный заряд.
Электрометром можно измерить разность потенциалов между двумя заряженными проводниками. Для этого стержень изолированного электрометра надо подсоединить к одному заряженному проводнику, а металлический корпус к другому заряженному проводнику.
Теперь посмотрим, как можно измерить разность потенциалов между точкой вблизи поверхности Земли и Землёй. Для этого надо конец провода, идущего от стержня электрометра подвести к этой точке. Но в воздухе при обычных условиях нет зарядов, которые переместились бы между участком воздуха и концом проволоки. Такие заряды появятся, если к рассматриваемому участку поднести пламя. Тогда, добившись нулевой разности потенциала между рассматриваемым участком воздуха и стержнем электрометра, можно найти разность потенциалов между участком (точкой) воздуха и Землёй. Так можно исследовать разные участки атмосферы Земли.
Показанное на рисунке устройство назвали пламенным зондом.
С помощью пламенного зонда было исследовано электрическое поле Земли. Оказалось, что между точками, находящимися на разных расстояниях от Земли существует разность потенциалов, то есть существует электрическое поле Земли.
Установлено, что на поверхности Земли находятся отрицательные избыточные заряды.
Таким образом, Земля это огромный проводящий шар, заряженный отрицательно. Как и для любого заряженного тела, электрическое поле внутри Земли отсутствует. Об электрическом поле Земли будет идти речь в следующей записи.
К.В. Рулёва Подписывайтесь на канал. Ставьте лайки. Сообщите друзьям о существовании этого канала.
Предыдущая запись: Что произойдёт, если незаряженный проводник поместить в электростатическое поле?
Следующая запись: Почему, находясь в электрическом поле Земли, мы не ощущаем его?
Ссылки на занятия до электростатики даны в Занятии 1.
Ссылки на занятия (начиная с электростатики) даны в Занятии 45.
Источник
План урока:
Электризация тел. Два рода электрических зарядов
Электроскоп и электрометр – это одно и то же?
Передача (проведение) электричества
Делимость электрического заряда. Электрон
Электрическое поле
Объяснение электрических явлений
Полезное и вредное действие электризации
Электризация тел. Два рода электрических зарядов
«Солнечным камнем» называли в Древней Греции янтарь – затвердевшую сосновую смолу. Греки очень любили изделия из янтаря за его блеск и солнечный цвет.
Янтарная смола Источник
Давно превратилась в легенду история открытия способности янтаря после трения о что-нибудь притягивать к себе другие тела. Вот о чем она говорит:
Природу этих явлений удалось объяснить только во второй половине двадцатого века, а сами явления, названные в честь янтаря электрическими, уже давно служили человеку. Электрических явлений очень много. Среди них, электризация – получение телом способности к притяжению после трения, касания или влияния.
Электризация наблюдается не только у двух твердых тел. Это происходит, когда жидкость течет по металлу или разбрызгивается на множество капель при ударе о твердое тело.
Источник
Зафиксированы случаи, когда в темное ночное время были не только слышны, но и видны сходящие снежные лавины. Их движение сопровождалось зеленоватым свечением.
Н. Тенсинг, покоритель Гималаев, наблюдал интересное явление, происходящее с его палатками. Они были вставлены друг в друга для сохранения тепла. Во время сильного сухого ветра пространство между палатками заполнялось мелкими искрами. Происходила электризация обледеневших палаток.
Тела, испытавшие на себе электризацию, называются наэлектризованными.
Источник
Такие тела могут повлиять на состояние других тел таким образом, что те тоже становятся наэлектризованными.
Объясняется это передачей электрического заряда от наэлектризованного тела нейтральному. Заряд характеризует величину наэлектризованности тел.
Зарядов существует два вида: отрицательные и положительные. Это деление условное. За положительный принято считать заряд, полученный при натирании шелком стеклянного тела. Тот заряд, который получает эбонитовая палочка, потертая о шерсть или мех, получил статус отрицательного заряда. Некоторые тела электризуются, как стекло, и приобретают положительные заряды. Другие, как эбонит, при электризации получают отрицательные заряды.
Наэлектризованные тела или заряды влияют друг на друга. Заряды одного знака отталкиваются, а разных знаков – притягиваются.
Электроскоп и электрометр – это одно и то же?
Существует небольшая путаница в этих двух понятиях: электроскоп и электрометр. Но, если рассмотреть вторые части этих слов, то уже можно говорить, что у них есть отличие. «Скоп» – «скопление», «вместе», «сообща». «Метр» значит что-то «измерять».
Внешний вид приборов тоже имеет отличия.
Электроскоп Источник
Электроскоп состоит из металлического корпуса, внутри которого металлический стержень. Сверху стержень выходит наружу. К нему можно прикрепить полый шар или плоскую пластину. Внизу к стержню прикреплены два тонких бумажных или металлических лепестка.
Если коснуться стержня заряженным телом, лепестки разойдутся в разные стороны.
Источник
Это происходит следующим образом. Металлы являются проводниками электрического заряда. Когда заряженное тело касается металлического стержня, заряд по нему проходит до лепестков. Но ведь этот заряд одного знака, значит, оба лепестка заряжаются одинаково, и происходит отталкивание.
Электрометры Источник
Электрометр также имеет металлический корпус, металлический стержень, но в отличие от электроскопа на нижнем конце стержня нет лепестков. К средней части стержня крепится стрелка, а к корпусу небольшая шкала.
Источник
Электрометр может показать не только наличие заряда. Он выполняет несложные измерения.
Получается, что электроскоп и электрометр немного отличаются по своей конструкции и назначению.
Передача (проведение) электричества
Все ли вещества могут одинаково передавать электрический заряд? Ответ можно получить с помощью двух электрометров, металлического стержня и эбонитовой палочки. Стержень и палочка крепятся к пластмассовой ручке.
- а – сообщить первому электрометру заряд, коснувшись шарика каким-либо заряженным телом;
- б – стержнем из металла соединить оба электрометра. Половина заряда с первого электрометра перейдет на второй;
- в – соединить электрометры эбонитовой палочкой. Перехода заряда не наблюдается.
Вещества, способные проводить электрические заряды, как в случае под буквой б, называются проводниками (металлы, кислотные, щелочные и солевые растворы). Вещества, с помощью которых нельзя передать заряды, называются диэлектриками (изоляторами). Хорошие диэлектрики – это резина, стекло, эбонит, фарфор, пластмассы, воздух и др.
Делимость электрического заряда. Электрон
В эксперименте с электрометрами металлическим стержнем часть заряда переносится от одного электрометра на другой. Из опыта видно, что заряд делится. Если коснуться стержня второго электрометра рукой, то заряд с него снимется, и распределится по всему телу (человеческое тело является хорошим проводником электричества). Если снова соединить приборы стержнем из металла, оставшийся заряд опять разделится. При повторении тех же шагов заряд каждый раз будет делиться. Кажется, что этот процесс будет происходить до бесконечности.
Заряды постепенно настолько уменьшаются, что электрометр уже не в состоянии их измерить. Уже очень точные опыты показали, что делить заряд до бесконечности нельзя, существует наименьший электрический заряд, который поделить уже нельзя. Называют его элементарным зарядом с абсолютной величиной e. Заряды измеряют в кулонах (Кл) в честь Шарля Кулона, французского физика.
Элементарным электрическим зарядом с отрицательным знаком обладает частица электрон (греч. «еlectron» – «янтарь»).
Источник
Электрическое поле
Механически действовать друг на друга тела могут лишь при касании (удар, толчок, соприкосновение). Подействовать первое тело на второе может с помощью посредника, третьего тела. Например, звучание музыкального инструмента барабанная перепонка уха воспринимает через посредника, которым является воздух. Для электрических зарядов ситуация другая. Они взаимодействуют без касания и без посредника. Взаимодействие это определяется электрическим полем, которое существует вокруг любого электрического заряда.
Поле невидимо. Его наличие подтверждается приборами или действием на тела или заряды.
Английский ученый Майкл Фарадей, введя понятие электрического поля, предложил его схематическое изображение с помощью линий со стрелками. Стрелки были названы силовыми линиями. Силовые линии поля отрицательного заряда направлены к заряду, у положительного – от заряда.
Источник
При сближении двух зарядов на близкие расстояния электрические поля изображаются следующим образом:
Силовые линии одноименных зарядов отталкиваются, разноименных – притягиваются. Как результат такого поведения полей, отталкивание или притяжение электрических зарядов.
При попадании в электрическое поле тело или частица испытывает на себе действие некоторой силы. Это главное свойство электрического поля.
Направление действия электрической силы зависит от знака заряда и расстояния от заряженного тела.
Как тела электризуются?
В восемнадцатом веке американский ученый Франклин (1706-1790) высказал предположение, что электричество – это особая невесомая жидкость, столь тонкая, что она пропитывает все тела. Электризация же, по его мнению, основана на том, что электричество переплывает с одного тела на другое. Эта теория не нашла поддержки, так как правильность ее не удалось подтвердить на опытах.
Наэлектризованные волосы Источник
Известно, что молекулы вещества состоят из более мелких частиц – атомов. Объяснить, почему тела электризуются, удалось лишь после изучения строения атомов. Оказалось, что атомы представляют сложную систему элементарных частиц:
- электроны, имеющие отрицательный заряд, движутся вокруг ядра;
- протоны с положительным зарядом находятся в ядре;
- нейтроны, не имеющие заряда частицы, находятся в ядре.
Все эти мельчайшие частицы обладают элементарным зарядом. У протона заряд с плюсом, у нейтрона заряда нет, значит, ядро в сумме является положительно заряженным. В атоме электронов столько же, сколько и протонов. В результате атом в целом электрически нейтрален, то есть не имеет заряда.
В обычных условиях вещества, состоящие из таких атомов, тоже электрически нейтральны.
В результате трения часть электронов может переместиться с одного тела на другое. Это происходит на расстояниях, очень близких к межмолекулярным. Но, когда после трения тела разъединить, электроны, покинувшие свои атомы, оказываются на другом теле. Получается на одном теле не хватает электронов (недостаток), а на другом электронов стало больше (избыток). Там, где избыток, тело отрицательно заряжено. Там, где недостаток, тело заряжается положительно.
Итак,
Полезное и вредное действие электризации
Если подробно изучить и правильно использовать электризацию, то она может стать полезным физическим явлением.
Существуют электрофильтры, которые применяются в дымовых трубах. Частицы сажи при трении о трубу электризуются и оседают на ее стенках. В воздух попадает уже меньшее количество вредных веществ.
Чтобы покрасить автомобиль, его корпус заряжают положительно, а краску – отрицательно. Частицы краски друг от друга отталкиваются и одновременно притягиваются к деталям автомобиля, что способствует равномерному, плотному и тонкому окрашиванию.
Источник
На хлебокомбинатах легче получить хорошо перемешанное тесто, если зарядить муку положительно, а воду – отрицательно, крупинки муки устремятся к каплям воды. В такой ситуации тесто превратится в однородную массу быстрее, что значительно увеличит производительность предприятия.
Используется электризация при копчении рыбы. Тушки рыбы соединяют с отрицательно заряженными стержнями, а коптильный дым заряжают положительно. Дым прилипает к поверхности рыбы и проникает в нее. Электрокопчение происходит равномерно и быстро. Прокопченный слой придает продукту особый вкус и одновременно защищает рыбу от порчи.
Электрофильтры, притягивающие к себе пыль, используют на крупных птицефабриках. Они очищают воздух от запыленности, что положительно сказывается на яйценоскости куриц и развитии молодняка.
Электризация может принести и большой вред.
Источник
Очень опасна электризация для цистерн по перевозке горючего. Во время наполнения цистерны заряды накапливаются внутри. При движении заряды продолжают накапливаться. Во время освобождения цистерны от самой малой искры может произойти взрыв.
В работающих типографских машинах от трения электризуется бумага, что может привести к ее воспламенению и пожару. Часто и в домашних принтерах при долгом печатании замечается слипание листов бумаги. Это тоже электризация.
В текстильной промышленности страдают от электризации чесальные машины, подстригающие ворс специальные ножницы. Все это приводит к запутыванию нитей, их обрыву и, как результат, поломкам станков.
При производстве резины электризуется каучук, проходящий между двумя вращающимися валами. Приближение к такому каучуку любого проводящего тела может вызвать искру и пожар.
И, конечно же, человек испытывает на себе неприятные ощущения от электризации одежды, волос, синтетических покрывал и ковров. Это происходит чаще в зимнее время, когда воздух более сухой. При трении во время ходьбы по синтетическим покрытиям или снятии одежды электроны «не могут найти» капельки воды в воздухе и оседают на коже человека, электризуя ее. Вместо антистатических веществ, проведя влажной рукой по одежде, накопленные на ней заряды снимаются. Одежда перестает прилипать к телу. Другой причиной электризации является неправильное сочетание одежды. Разные ткани через трение друг о друга электризуются и передают заряды человеку. Реакция людей на эти явления различна, потому что у каждого человека электрическая проводимость тела индивидуальна. Кто-то не заметит электризации, а кого-то сильно тряхнет в момент возникновения зарядов. Проветривание комнат для увлажнения воздуха, грамотный подход к выбору одежды и уходу за ней повлияют на снижение проявлений электризации человеческого тела.
Эффективно защищает от электризации заземление. Заряд уходит по проводнику в землю и распределяется в ней, предотвращая большие и малые неприятности.
Материалы
1. Органическое стекло – твердый, прозрачный синтетический материал, хорошо плавится, с пониженной хрупкостью.
2. Сургуч – легко плавящаяся и затвердевающая смесь, состоящая из твердой смолы, воска, мела, гипса.
3. Эбонит – черного или темно-коричневого цвета резина с высоким содержанием в своем составе серы (30-40%).
Источник