Учебник Физика 8 класс Пурышева Важеевская читать онлайн
Атомы или молекулы большинства твёрдых тел расположены в определённом порядке и образуют кристаллическую решётку. Приучайте себя не тратить деньги, если есть возможность. Спустя месяц жидкость станет однородной и во всём сосуде будет окрашена одинаково рис.
Просыпаясь через воронку, песок падает в металлический стакан, соединённый с другим электрометром. Нальём жидкость в банку, перельём её из банки в стакан, а затем в чашку.
Учебник Физика 8 класс Пурышева Важеевская читать онлайн - Как вам известно, запах духов распространяется благодаря движению молекул.
Важеевская ФИЗИКА л'орофа t Электронное приложение ВЕРТИКАЛЬ , www. ISBN 978-5-358-09872-5 Переработанный в соответствии с требованиями нового Федерального государственного образовательного стандарта учебник написан по авторской программе и является продолжением курса Н. Методический аппарат учебника составляют вопросы для самопроверки, система заданий, включающих качественные, графические, вычислительные и экспериментальные задачи и лабораторные работы. В учебнике предусмотрена уровневая дифференциация: материал, который изучается учащимися, проявляющими интерес к физике, помечен звездочкой. Учебник одобрен РАО и РАН и рекомендован Министерством образования и науки Российской Федерации. Включен в Федеральный перечень учебников в составе завершенной линии. Николаева Художественный редактор М. Грибкова Компьютерная верстка Н. Мосякина в соответствии с Федеральным законо. Подписано к печати 29. Предложения и замечания по содержанию н оформлению книги просим направ. E-mail: По вопросам приобретения продукции издательства «Дрофа» обращаться по адресу: 127018, Москва, Сущевский вал, 49. Сайт ООО «Дрофа»: www. Для их объяснения, как правило, не нужно было использовать знания о строении вещества. Так, изучая движение тела, вы рассматривали изменение его положения как целостного объекта. Световые явления объясняли на основе законов, относящихся к поведению светового пучка на границе раздела двух сред, не анализируя взаимодействия света с веществом. В то же время существует множество явлений природы, которые можно объяснить и понять, лишь зная строение вещества. С одним из таких явлений вы уже встречались — это образование механических волн. Чтобы его объяснить, мы представляли, что вещество, в котором распространяется волна, состоит из взаимодействующих между собой частиц. Знания о строении вещества необходимы для объяснения процессов нагревания и охлаждения тел, превращения вещества из твёрдого состояния в жидкое и газообразное, для объяснения свойств тел в различных агрегатных состояниях. Вопрос о том, какое строение имеют вещества, занимал людей ещё в древности. Так, в V в. Он считал, что существует предел деления вещества. Эту последнюю неделимую частичку, сохраняющую свойства вещества, он назвал атомом. Демокрит также полагал, что атомы непрерывно движутся и что вещества различаются числом атомов, их размерами, формой, порядком расположения. Другой древнегреческий мыслитель — Эпикур — развил идеи Демокрита. Он ввёл представления о том, что атомы движутся беспорядочно и время от времени сталкиваются друг с другом. Взгляды Демокрита и Эпикура изложены в поэме «О природе вещей», написанной римским философом и поэтом Лукрецием Киром. Вот строки из неё: Выслушай то, что скажу я, и ты, несомненно, признаешь. Что существуют тела, которых мы видеть не можем... Стало быть, ветры — тела, но только незримые нами. Далее запахи мы обоняем различного рода. Хоть и не видим совсем, как в ноздри они проникают... И наконец, на морском берегу, разбивающем волны. Платье сыреет всегда, а на солнце вися, оно сохнет; Видеть, однако, нельзя, как влага на нём оседает. Как и не видно того, как она исчезает от зноя. Значит, дробится вода на такие мельчайшие части. Что недоступны они совершенно для нашего глаза. И далее: Нам очевидно, что вещь от стирания становится меньше. Но отделение тел, от неё каждый миг уходящих. Нашим глазам усмотреть запретила природа ревниво. Догадка древних мыслителей не сразу превратилась в научную идею. У неё было много противников: древнегреческий учёный Аристотель, в частности, считал, что тело можно делить до бесконечности. Справедливость той или иной гипотезы мог подтвердить только опыт; осуществить же его в то время было невозможно. Поэтому идеи Демокрита и Эпикура были на какое-то время забыты. К ним вернулись в эпоху Возрождения. Большой вклад в развитие теории строения вещества внёс русский учёный Михаил Васильевич Ломоносов 1711 —1765 , который считал, что вещество состоит из частиц, и, используя эти представления, сумел объяснить тажие явления, как испарение, теплопроводность и др. Теория строения вещества получила экспериментальное подтверждение. Удалось даже увидеть крупные молекулы с помощью специальных микроскопов. Рассмотрим положения, лежащие в основе учения о строении вещества, и применим их к объяснению свойств газов, жидкостей и твёрдых тел. Вопросы для самопроверки 1. Какие представления о строении вещества имели древнегреческие мыслители Демокрит и Эпикур? Какие представления о строении вещества отражены в поэме Лукреция Кара «О природе вещей»? Почему представления древнегреческих учёных о строении вещества долгое время оставались гипотезой и не могли превратиться в теорию? Посмотрите на окружающие вас тела. Все они кажутся нам сплошными, монолитными. Твёрдые тела имеют определённую форму, жидкость из крана выливается непрерывной струёй. С другой стороны, твёрдое тело, например ластик, можно сжать, изменив его форму. Жидкость можно перелить из банки в стакан, она тоже изменит форму. Можно сжать воздух в воздушном шаре или в насосе. Эти и другие наблюдения позволяют сделать два предположения гипотезы : 1 тела не сплошные, они состоят из маленьких частиц, которые нельзя увидеть невооружённым глазом; 2 между частицами существуют промежутки. Проделаем опыты, подтверждающие эти предположения. Возьмём кусок мела и ударим по нему молотком. Мы увидим, что кусок раскололся на несколько мелких кусочков. Возьмём один из них и ударим молотком по нему. Повторяя то же самое несколько раз, мы увидим, что будет уже не кусок мела, а отдельные крупинки, которые можно разде- Рис. Этот очень простой опыт свидетельствует о том, что вещество состоит из частиц. Можно проделать опыт с водой и краской. Растворим каплю краски или чернил в воде, налитой в стакан. Возьмём каплю этой окрашенной воды и капнем в другой стакан с чистой водой. Эта вода также окрасится, только цвет будет менее насыщенным. Можно повторить эту операцию ещё несколько раз. В каждом следующем опыте раствор будет окрашен, только слабее, чем в предыдущем рис. Так как в воде растворили лишь каплю краски и часть её попала в последний сосуд, то это значит, что капля краски состоит из отдельных частиц. Таким образом, описанные опыты подтверждают первое предположение, которое мы сделали: все вещества состоят из частиц. Теперь рассмотрим опыты, позволяющие доказать, что между частицами есть промежутки. Если аккуратно налить в пробирку равные объёмы воды и спирта, например по 20 мл, а затем перемешать, то объём смеси будет меньше 40 мл рис. Это возможно только в том случае, если между частицами есть промежутки. Можно проделать другой опыт. Металлический шарик свободно проходит сквозь кольцо рис. Это значит, что его объём увеличился, или, иначе говоря, шар при нагревании расширился. Расширение возможно благодаря тому, что частицы, из которых состоит шар, находятся на некоторых расстояниях друг от друга, т. При нагревании эти промежутки увеличиваются. Расширяются при нагревании и жидкости. Это тоже можно наблюдать на опыте. Если налить в колбу воду и закрыть её пробкой, в которую вставлена стеклянная трубочка рис. Таким образом, мы подтвердили и вторую гипотезу. Итак, все вещества состоят из частиц, между которыми существуют промежутки. К такому выводу мы пришли, осуществив определённую последовательность действий, которая повторяет действия учёного в процессе научного познания. Так, чтобы сформулировать положение о том, что все вещества состоят из частиц, между которыми есть промежутки, мы сначала рассмотрели некоторые опытные факты результаты наблюдений , затем выдвинули предположение гипотезу , которую проверили на опыте. По результатам опыта Рис. Таким образом, последовательность изучения строения вещества была следующей: наблюдение — гипотеза — эксперимент — вывод. Вопросы ДЛЯ самопроверки 1. Какие явления и опыты, описанные в параграфе, доказывают, что тела состоят из мельчайших частиц? Какие опыты доказывают, что между частицами, из которых состоят тела, существуют промежутки? Проделайте опыт с водой и краской, описанный в параграфе. Можно проделать опыт: нагреть колбу, горлышко которой погружено в сосуд с водой рис. При этом из неё выходят пузырьки воздуха и поднимаются вверх. Возьмите стакан, наполненный до краёв водой, и аккуратно всыпьте в него чайную ложку соли. Будет ли вода выливаться через край? Из опытов, которые были рассмотрены в предыдущем параграфе, следует, что вещество можно разделить на отдельные частицы. Возникает вопрос: до каких пор можно производить это деление? Оказывается, существует определённый предел деления вещества. Иными словами, существует самая маленькая частица, которая сохраняет свойства вещества. Наименьшую частицу вещества, которая сохраняет его химические свойства, называют молекулой. Слова «химические свойства» не являются новыми; они известны вам из курсов естествознания и химии. Рассмотрим, что значит «сохраняет химические свойства», на примере мела. Мел — это ве- 8 щество, представляющее собой соединение кальция Са, углерода С и кислорода О СаСОд. Это соединение имеет определённые химические свойства, в частности, оно может вступать в реакцию с каким-либо другим веществом. При этом и кусок мела, и молекула этого химического соединения будут вести себя в реакции одинаково. В этом смысле и говорят, что молекула сохраняет химические свойства данного вещества. Слово «молекула» происходит от латинского слова «молекуле», что значит «маленькая масса». Таким образом, можно сказать, что вещество состоит из молекул: мел состоит из молекул соединения кальция, сахар — из молекул сахара, вода — из молекул воды и т. Многочисленные опыты показали, что молекулы очень малы. Увидеть их невооружённым глазом невозможно. И даже с помощью специального микроскопа можно сфотографировать лишь самые крупные молекулы. На рисунке 6 приведена фотография молекулы ДНК дезоксирибонуклеиновой кислоты бактерии. Если эту молекулу растянуть, то её длина будет равна 1,4 мм. Диаметр молекул таких веществ, как азот, водород, кислород и др. То, что некоторые молекулы увидели и сфотографировали, доказывает факт их существования. О размере молекул можно судить по следующим примерам. Если уложить в ряд сто миллионов молекул воды, то получится цепочка длиной всего около 2 см. Молекула водорода во столько раз меньше яблока среднего размера, во сколько раз яблоко меньше земного шара. Поскольку молекулы такие маленькие, то в теле их содержится очень много. Выльем эту воду в Чёрное море. Будем считать также, что вода в море равномерно перемешалась. Зачерпнём из моря в любом месте стакан воды и увидим, что в нём окажутся сотни меченых молекул воды. Масса молекулы, так же как и её размеры, очень мала. Масса и размеры молекул одного и того же веш;ества одинаковы. В настояпдее время масса и размеры молекул различных веществ определены достаточно точно. Возникает вопрос: можно ли молекулу разделить на отдельные частицы? Молекула воды, например, состоит из водорода и кислорода. Однако водород и кислород уже другие вещества, и они обладают свойствами, отличными от свойств воды. Разделить молекулу воды на такие вещества можно в процессе химической реакции. Частицы, из которых состоят молекулы веществ, называют атомами. Атом — наименьшая частица вещества, не делящаяся при химических реакциях. Так, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода; молекула поваренной соли — из одного атома натрия и одного атома хлора. Молекула сахара, который мы обычно употребляем в пищу, более сложная: она состоит из 12 атомов углерода, 22 атомов водорода и 11 атомов кислорода, а молекула белка состоит из тысячи атомов. Существуют вещества, молекулы которых содержат однородные атомы. Например, молекула водорода состоит из двух атомов водорода, молекула кислорода — из двух атомов кислорода. Таким образом, можно сказать, что вещества состоят из молекул и атомов. Определённое вещество, независимо от того, как оно получено, состоит из одних и тех же молекул и атомов. Например, молекула воды, полученной при таянии льда, или из сока ягод, или налитой из-под крана, содержит два атома водорода и один атом кислорода. Молекула кислорода, извлечённая из атмосферного воздуха или полученная в ходе какой-либо химической реакции, состоит из двух атомов кислорода. Каков предел деления вещества? Из каких атомов состоит вода; поваренная соль? Можно ли разделить атом на более мелкие частицы в ходе химической реакции? До каких пор будет растекаться капля масла, помещённая на поверхность воды в широком сосуде? Как, зная объём капли масла, определить диаметр молекулы масла? Почему плотность кислорода почти в 10 раз больше плотности водорода? Вы уже знаете, что все вещества состоят из молекул и атомов, между которыми есть промежутки. Возникает вопрос: покоятся молекулы вещества или они движутся? Чтобы ответить на него, обратимся к явлениям, хорошо вам знакомым. Если повесить на верёвку мокрое бельё, то оно через некоторое время высохнет. Очевидно, вы знаете, что произойдёт, если смочить ватку духами: очень скоро запах духов будет чувствоваться в другом конце комнаты. Подобные явления заставили древних мыслителей задуматься о строении вещества; это описано Лукрецием Каром в поэме «О природе вещей» см. Если бы молекулы были неподвижны, то бельё не высыхало бы и запахи не распространялись бы по комнате. Остаётся предположить, что молекулы движутся. Сложность экспериментальной проверки этого предположения заключается в том, что молекулы малы и само их движение наблюдать невозможно. Однако можно 11 изучить явления, которые являются следствием движения молекул. Рассмотрим одно из них. Он заметил, что частички совершают беспорядочное движение; они как бы дрожат в воде. Такое движение называют броуновским. На рисунке 7 показана в увеличенном масштабе траектория движения частицы. Причину движения частиц пыльцы долго не могли объяснить. Броун предположил вначале, что частицы движутся, потому что они живые. Движение частиц пытались объяснить неодинаковым нагреванием разных частей сосуда, происходящими химическими реакциями и т. Лишь значительно позже поняли истинную причину броуновского движения. Эта причина — движение молекул воды. Молекулы воды, в которой находится частица пыльцы, движутся и ударяются о неё. При этом с разных сторон о частицу ударяется неодинаковое число молекул, что и приводит к её перемещению. Пусть в момент времени под действием ударов молекул воды частица переместилась из точки А в точку В см. В следующий момент времени большее число молекул ударяется о частицу с другой стороны, и направление её движения изменяется, она перемещается из точки В в точку С. Таким образом, движение частицы пыльцы является следствием движения молекул воды, в которой пыльца находится. Подобное явление можно наблюдать, если поместить в воду частицы краски или сажи. Броуновское движение частиц можно наблюдать и в газах. Выясним, каков характер движения молекул. По траектории движения частицы пыльцы см. Поскольку движение частицы — следствие движения молекул воды, то можно сделать вывод, что молекулы движутся беспорядочно {хаотически. Иными словами, нельзя выделить какое-то определённое направление, в котором движутся все молекулы. Движение молекул никогда не прекращается. Можно сказать, что оно непрерывно. Итак, молекулы находятся в непрерывном беспорядочном хаотическом движении. Положение тела, совершающего равномерное механическое движение, можно определить, если известны его начальное положение, скорость и время движения. Иначе обстоит дело в случае движения молекул. Вы уже знаете, что тела состоят из большого числа молекул. Поскольку движение молекул беспорядочно, то нельзя точно сказать, сколько ударов будет испытывать та или иная молекула со стороны других. Поэтому говорят, что положение молекулы и её скорость в каждый момент времени случайны. Однако это не означает, что движение молекул не подчиняется никаким законам. В частности, хотя скорости молекул в любой момент времени различны, у большинства из них значения скорости близки к некоторому определённому значению. Скорости движения молекул были определены экспериментально немецким учёным Отто Штерном 1888—1969 в 1920 г. Сущность опыта Штерна можно объяснить, используя модель, изображённую на рисунке 8. На подставке 1 установлен диск 2; на нём — полая изогнутая трубка 3. По краю диска укреплены спички 4. Если диск покоится, то шарик, пущенный по трубке, собьёт спичку, расположенную напротив её изогнутого конца точка А. Чем больше скорость шарика, тем ближе к точке А он будет сбивать спички. Установка в опыте Штерна состояла из двух жёстко связанных цилиндров 1 и 2, имеющих общую ось рис. В стенке внутреннего цилиндра была проделана щель 3, а вдоль оси цилиндра натянута платиновая нить 4, покрытая серебром. Нить нагревали, с неё испарялись атомы серебра, которые пролетали через щель и осаждались на внутренней поверхности внешнего цилиндра. Пока цилиндры были неподвижны, атомы осаждались напротив щели. Осадок имел форму полоски рис. Когда цилиндры приводили во вращение, то атомы серебра осаждались не напротив щели, а на некотором расстоянии от полоски атомов, образовавшейся в случае неподвижных цилиндров. При этом в зависимости от скорости движения атомов они оседали на разных расстояниях от полоски. Поэтому полоска не имела чётких границ, как бы размывалась. При этом центральная её часть была толще, чем края рис. Это означает, что скорость большей части атомов близка к некоторому определённому значению. Если известны путь, пройденный молекулой атомом , и время, за которое он пройден, то можно определить скорость молекулы. Из опыта Штерна найдено, что скорости большинства атомов серебра при температуре 1200 °С лежат в интервале от 500 до 625 -. Как вам известно, запах духов распространяется благодаря движению молекул. Молекулы духов так же, как и молекулы воздуха, движутся. Молекулы духов проникают в промежутки между молекулами воздуха, а молекулы воздуха — в промежутки между молекулами духов. Явление взаимного проникновения соприкасающихся веществ друг в друга называют диффузией. Диффузия происходит вследствие хаотического движения молекул. Распространение запаха — пример диффузии в газах. Диффузия происходит и в жидкостях. Например, если капнуть в воду каплю чернил или туши, то мы увидим, как она начнёт расплываться. Это происходит потому, что молекулы краски проникают в промежутки между молекулами воды. Нальём в мензурку раствор медного купороса, а сверху — воду так, чтобы между этими жидкостями была резкая граница рис. Через два-три дня заметим, что граница уже не будет такой резкой рис. Спустя месяц жидкость станет однородной и во всём сосуде будет окрашена одинаково рис. В этом опыте молекулы медного купороса проникают в промежутки между молекулами воды, а молекулы воды — в промежутки между молекулами медного купороса. Опыты показывают, что диффузия в газах происходит быстрее, чем в жидкостях. Это объясняется тем, что газы имеют меньшую плотность, чем жидкости, т. Диффузия происходит и в твёрдых телах. Однако молекулы твёрдых тел находятся ещё ближе друг к другу, чем молекулы жидкостей, поэтому диффузия в твёрдых телах протекает очень медленно. Был проделан такой эксперимент. Приблизительно через год, рассмотрев под микроскопом тонкий пограничный слой, в нём обнаружили присутствие как молекул золота, так и молекул свинца. В природе, технике и быту можно обнаружить множество явлений, в которых проявляется диффузия: окрашивание, склеивание, спайка и др. При окрашивании ткани, например, частицы краски проникают в промежутки между частицами ткани. Диффузия имеет большое значение в жизни человека и животных. В частности, благодаря диффузии кислород из окружаюш;ей среды поступает в организм человека не только через лёгкие, но и через кожу. Посредством диффузии питательные веш;ества проникают из кишечника в кровь. Мы установили, что скорость диффузии различна в газах, жидкостях и твёрдых телах, она зависит от агрегатного состояния вещества. Возникает вопрос: от чего ещё зависит скорость диффузии? Оказывается, что она зависит от температуры. Температура — это физическая величина, которая характеризует тепловое состояние тела. Так, температура горячей воды выше, чем холодной; зимой температура воздуха на улице ниже, чем летом. Как вы знаете, температуру измеряют термометром. Единицей температуры является градус Цельсия 1 °С. Для того чтобы выяснить, как зависит скорость диффузии от температуры тела, возьмём два сосуда с водой и медным купоросом см. Один из них поставим в холодильник, а другой оставим в комнате. Через некоторое время можно будет увидеть, что при более высокой температуре диффузия происходит быстрее. Поскольку диффузия — следствие движения молекул, то можно сделать вывод, что скорость движения молекул и температура тела связаны между собой: чем больше средняя скорость движения молекул тела, тем выше его температура. Приведите примеры явлений, доказывающих, что молекулы движутся. Как вы понимаете, что движение молекул беспорядочное и непрерывное? Чем отличается движение молекулы газа от механического движения тела? Как в опыте Штерна были определены скорости движения молекул? Какое явление называют диффузией? Сравните скорость диффузии в газах, жидкостях и твёрдых телах. Как связаны скорость диффузии и средняя скорость движения молекул с температурой тела? Почему детские воздушные шарики постепенно уменьшаются в объёме? Объясните, почему сахар и другие пористые продукты нельзя долго хранить около пахучих веществ. В какой воде — холодной или горячей — сахар растворяется быстрее? Налейте в стакан холодной воды и опустите на дно кристаллик марганцовки крупинку краски или каплю иода. Измеряйте высоту окрашенного столба воды каждый день. Данные заносите в тетрадь. Определите, через какое время окрасится верхний слой воды. Пронаблюдайте диффузию в твёрдых телах. Для этого возьмите маленькую стеклянную пластину можно пластину или линейку из оргстекла , положите на неё кристаллик марганцовки и покройте его расплавленным парафином. Поместите пластину в тёплое место. Рассматривайте её каждый день. Определите, через сколько дней будет заметен результат диффузии. В один налейте воду комнатной температуры, а в другой — столько же холодной воды. Опустите в каждый из них по кристаллику марганцовки. Стакан с холодной водой поставьте в холодильник, второй стакан оставьте в комнате. Ежедневно отмечайте положение границы между окрашенной и чистой водой в стаканах. Данные записывайте в тетрадь. По результатам опыта сделайте вывод о зависимости скорости диффузии от температуры. Подготовьте сообщение о роли диффузии в процессе жизнедеятельности организма человека, используя различные источники информации, в том числе Интернет. Наблюдения показывают, что тела не распадаются на отдельные молекулы, их трудно растянуть или сломать. Как это можно объяснить? Если тела не распадаются на молекулы, то очевидно, что молекулы притягиваются друг к другу. Взаимное притяжение удерживает молекулы друг около друга. Теперь зачистим поверхности цилиндров и вновь прижмём их друг к другу. Они не разъединятся даже в том случае, если к нижнему цилиндру подвесить груз массой несколько килограммов. Этот результат можно объяснить так: цилиндры удерживаются вместе, поскольку между молекулами действуют силы притяжения. Почему же они разъединялись до того, как их зачистили? Очевидно, поверхности цилиндров имели неровности, которые были устранены при зачистке. Из этих рассуждений следует вывод о том, что силы притяжения между молекулами действуют на малых расстояниях. Эти расстояния равны примерно размерам молекулы. Именно поэтому нельзя, разбив чашку и соединив осколки, получить целую чашку. Если разломить палку на две части, а затем соединить их, то целая палка также не получится. Если взять два куска пластилина и прижать их друг к другу, то они легко слипнутся. Это происходит потому, что при соединении кусков пластилина расстояния между молекулами можно сделать маленькими и между ними будут действовать силы притяжения. Итак, между молекулами действуют силы взаимного притяжения. Почему же тогда молекулы не «слипаются», а между ними есть промежутки? Почему твёрдые тела и жидкости трудно сжать? Газы сжать легче, но всё равно нужно приложить для этого А 5 Рис. Очевидно, существуют силы, которые препятствуют этому сжатию, препятствуют сближению молекул. Это — силы отталкивания. Существование сил отталкивания между молекулами можно доказать с помощью следующего опыта. Подействуем на ластик некоторой силой, сжав его. Когда перестанем сжимать ластик, он примет первоначальную форму. Подобный опыт вы можете проделать сами. Ластик примет первоначальную форму, потому что при сжатии молекулы, из которых состоит ластик, сближаются, силы взаимодействия между ними увеличиваются. При растяжении сила отталкивания уменьшается в большей степени, чем сила притяжения рис. При сжатии сила отталкивания увеличивается в большей степени, чем сила притяжения рис. Вопросы ДЛЯ самопроверки 1. Почему тела не распадаются на отдельные молекулы? На каких расстояниях взаимодействуют молекулы между собой? Каков характер взаимодействия между молекулами? Приведите примеры проявления сил притяжения и сил отталкивания между молекулами. Почему нельзя восстановить разбитую чашку, если просто приложить осколки друг к другу? Почему её можно склеить? Прикрепите к ней с помощью ниток и пластилина пружинку резинку, динамометр. Опустите пластину на поверхность воды, налитой в тарелку рис. Затем медленно, держа пружинку за конец, отрывайте пластину от поверхности воды. Наблюдайте, что происходит, и ответьте на вопросы: а Сразу ли оторвётся пластина от поверхности воды? Объясните, почему частички мела, остающиеся на доске при письме, не отпадают от её поверхности. Вам конечно же доводилось наблюдать на листьях растений капельки воды после дождя или капельки росы. Вы также, наверно, замечали, что иногда вода не собирается в отдельные капли, а растекается по всему листу. Выясним, в каких случаях и почему так происходит. Возьмём два листа бумаги: один чистый, а другой — смазанный жиром или воском. Нальём на них немного воды. По листу чистой бумаги вода растечётся, а на покрытой воском соберётся в капли. Говорят, что в первом случае вода смачивает бумагу, а во втором — не смачивает. Как объяснить эти явления? Вспомним, что молекулы притягиваются друг к другу. Силы притяжения действуют как между молекулами воды, так и между молекулами воды и бумаги. Очевидно, силы притяжения между молекулами обычной бумаги и молекулами воды больше, чем между молекулами воды. Поэтому вода по ней растекалась. Во втором случае силы притяжения между молекулами воды больше, чем между молекулами воды и молекулами воска, поэтому вода собиралась в капли. Если её покрыть воском или взять вместо стеклянной пластины парафиновую, то вода их не будет смачивать. Вода, кроме стекла и бумаги, смачивает дерево, ткани и не смачивает все жирные поверхности. Явление смачивания часто наблюдается в природе и широко используется в жизни. Если бы вода не смачивала ткани, нельзя было бы ни выстирать бельё, ни вытереться полотенцем. Возникает вопрос: почему у водоплаваюпдих птиц перья остаются сухими? Оказывается, у птиц есть особая железа, выделяющая жир. С помощью клюва они смазывают этим жиром перья. Поэтому перья не смачиваются водой: вода с них скатывается. Существует насекомое, которое постоянно живёт в воде, — паук-серебрянка. Его тело покрыто пушком. Паук не намокает в воде, поскольку силы притяжения между молекулами воды больше, чем силы притяжения между молекулами воды и молекулами его пушка. С явлением смачивания связаны капиллярные явления. Возьмём несколько достаточно узких стеклянных трубок разного диаметра. Такие узкие трубки называют капиллярами. Опустим их в сосуд с водой. Мы увидим, что вода в трубках поднимется, правда, на разную высоту рис. Подъём воды в капиллярах объясняется тем, что вода смачивает стекло, т. По этой же причине поверхность воды в трубках не будет плоской, она слегка приподнята по краям. Из опыта также видно, что, чем меньше диаметр трубки, тем выше поднимается вода. Высота столба жидкости в капилляре зависит и от рода жидкости: чем больше плотность жидкости, тем меньше высота подъёма. Если опустить трубки в жидкость, которая не смачивает стекло, например в ртуть, то уровень жидкости в них будет ниже, чем в сосуде рис. В этом слу- Рис. Это и заставляет ртуть опускаться в капилляре. Поверхность ртути так же, как и поверхность воды, не плоская, она выпуклая, края её опущены. Высота, на которую опускается ртуть, также зависит от диаметра капилляра. Подъём или опускание жидкости в узких трубках называют капиллярными явлениями. Капиллярные явления очень распространены в живой и неживой природе. Так, влага и питательные вещества поступают в растения из почвы благодаря наличию в ней капилляров — промежутков между частицами почвы. Если чуть увядшие цветы поставить в воду, то через некоторое время они оживут, так как вода поднимется по капиллярам вверх и дойдёт до листьев и соцветия. Почву после дождя обычно рыхлят для того, чтобы разрушить капилляры. Это позволяет дольше сохранить в почве влагу, иначе вода поднимется по капиллярам и испарится. Вопросы ДЛЯ самопроверки 1. Объясните, почему вода смачивает чистое стекло и не смачивает смазанную жиром бумагу. Смачивает ли ртуть стекло? Приведите примеры смачивания и несмачивания, наблюдаемые в природе. Какие явления называют капиллярными? Приведите примеры капиллярных явлений. Объясните, почему вода поднимается по капиллярам, а ртуть — опускается. От каких величин и почему зависит высота столба жидкости в капилляре? Придумайте и проделайте опыты по наблюдению смачивания и несмачивания. Объясните, на каком явлении основано письмо на бумаге. Можно ли писать перьевой ручкой на вощёной бумаге? Почему трудно писать на промокательной бумаге? Известна следующая история, которая произошла в XIX в. Из Америки привезли несколько уток редкой породы. В доро- 22 re их оперение сильно загрязнилось. Новый владелец уток решил их вымыть и посадил в чан с водой. Через полтора часа он обнаружил, что все утки утонули. Объясните, что произошло с утками. Проделайте опыт по наблюдению капиллярных явлений. Для выполнения опыта возьмите стеклянные или пластмассовые трубочки разного диаметра, например трубочки для сока, трубочки от пипетки. Опустите их сначала в воду, затем в концентрированный раствор поваренной соли, затем в какую-либо другую жидкость. Сравните высоту подъёма разных жидкостей в одной и той же трубке, одной и той же жидкости в разных трубках. Что произойдёт с двумя листами бумаги, если между ними поместить каплю воды? Вместо бумаги можно взять стеклянные пластины. Зачем при складывании полированных стёкол между ними кладут листы бумаги? Вещества в природе могут находиться в трёх агрегатных состояниях: в твёрдом, жидком и газообразном. Так, вода при определённых значениях температуры может быть твёрдой лёд , жидкой вода , газообразной пар. Ртуть, которая применяется, например, в известном вам медицинском термометре, находится в жидком состоянии; если её охладить до температуры ниже -39 °С, то она станет твёрдой, а если нагреть выше 357 °С, то она превратится в газ. Из примеров, которые упоминались раньше, из ваших собственных наблюдений можно сделать вывод, что свойства тел в разных агрегатных состояниях различны. Твёрдое тело имеет определённую форму и определённый объём. Его трудно сжать или растянуть; если его сжать, а потом отпустить, то оно, как правило, восстанавливает свою форму и объём. Исключение составляют некоторые вещества, твёрдое состояние которых близко по своим свойствам к жидкостям пластилин, воск, вар. Нальём жидкость в банку, перельём её из банки в стакан, а затем в чашку. Во всех случаях жидкость будет принимать форму сосуда, в который она налита. Это говорит о том, что жидкость в условиях Земли не имеет собственной формы. Только очень маленькие капли жидкости имеют свою форму — форму шара. Это можно проверить, если набрать воду в насос, закрыть отверстие внизу и попытаться сжать воду. Вряд ли ваши попытки окажутся удачными. Это означает, что жидкость имеет собственный объём. В отличие от жидкости объём газа изменить довольно легко. Например, сжав руками мяч или воздушный шарик, мы меняем объём воздуха, наполняющего их. Газ не имеет собственного объёма, он занимает полностью объём сосуда, в котором находится. То же можно сказать и о форме газа. Из рассмотренных примеров можно сделать вывод: твёрдые тела имеют собственную форму и объём; жидкости имеют собственный объём, но не имеют собственной формы; газы не имеют ни собственного объёма, ни собственной формы. Твёрдые тела и жидкости трудно сжать, газы легко сжимаемы. Почему же газы, жидкости и твёрдые тела имеют такие разные свойства? Объяснить это можно, используя знания о том, что вещества состоят из частиц молекул или атомов , которые находятся в непрерывном и хаотическом движении и взаимодействуют между собой. Эти положения лежат в основе молекулярно-кинетической теории строения вещества. Прежде всего следует иметь в виду, что молекулы вещества в разных агрегатных состояниях одинаковы. Так, лёд, вода и водяной пар состоят из молекул воды, которые содержат два атома водорода и один атом кислорода. Следовательно, причину различия свойств вещества в разных состояниях надо искать в расположении, характере движения и взаимодействия молекул. Поскольку газы занимают весь предоставленный им объём, то очевидно, что силы притяжения между молекулами газа малы. А это значит, что молекулы находятся на сравнительно больших расстояниях друг от друга. В среднем расстояния между молекулами газа в десятки раз больше расстояний между молекулами жидкости. Это подтверждается тем, что газы легко сжимаемы. Малые силы притяжения влияют и на характер движения молекул газа. Молекула газа движется прямолинейно до столкновения с другой молекулой, в результате чего меняет направление своего движения и движется прямолинейно до следующего столкновения. Твёрдые тела трудно сжать. Это связано с тем, что их молекулы находятся близко друг к другу и при небольшом изменении расстояния между ними резко возрастают силы отталкивания. Атомы или молекулы большинства твёрдых тел расположены в определённом порядке и образуют кристаллическую решётку. На рисунке 17 изображена кристаллическая решётка поваренной соли. В узлах кристаллической решётки положениях равновесия частиц находятся атомы натрия Na и хлора С1. Частицы твёрдого тела атомы или молекулы совершают колебательное движение относительно узлов кристаллической решётки. В жидкостях молекулы расположены также довольно близко друг к другу. Поэтому жидкости имеют свой объём и плохо сжимаемы. Но так как жидкости не сохраняют свою форму, можно предположить, что силы притяжения между молекулами жидкости меньше, чем между молекулами твёрдого тела. Характер движения молекул жидкости очень сложен. Они располагаются не так упорядоченно, как молекулы твёрдых тел, но в большем порядке, чем молекулы газов. Молекулы жидкости совершают колебательное движение относительно положений равновесия, однако с течением времени эти положения равновесия смещаются, т. На рисунке 18 показано расположение молекул воды в разных агрегатных состояниях: а — в твёрдом, б — в жидком, в — в газообразном. XI а б Рис. Назовите основные свойства: твёрдых тел; жидкостей; газов. Пользуясь рисунком 18, объясните: а чем различается строение газов, жидкостей и твёрдых тел; б чем различается характер движения молекул газов, жидкостей и твёрдых тел; в чем различается взаимодействие молекул газов, жидкостей и твёрдых тел. Почему газы заполняют весь предоставленный им объём? Почему жидкости плохо сжимаемы? Почему жидкости не сохраняют свою форму? Почему твёрдые тела сохраняют форму и объём? Выпишите из текста параграфа и приведите свои примеры веществ, находящихся в различных агрегатных состояниях при температурах О—100 °С. Таблица 1 Твёрдое Жидкое Газообразное 2. Приведите примеры использования свойств газов, жидкостей и твёрдых тел в технике. Темы докладов и проектов 1. Капиллярные явления в природе. Фундаментальные эксперименты при изучении строения вещества. Основные положения молекулярно-кинетической теории строения вещества и их опытное обоснование табл. Таблица 3 Положение молекулярно-кинетической теории строения вещества Опытное обоснование Все вещества состоят из частиц молекул или атомов , между которыми есть промежутки Делимость вещества. Смешивание воды и спирта Молекулы находятся в непрерывном беспорядочном хаотическом движении. Чем больше средняя скорость движения молекул, тем выше температура тела Диффузия. Основные свойства и строение твёрдых тел, жидкостей и газов табл. Таблица 4 Агрегатное состояние вещества Твёрдое Жидкое Газообразное Объём Имеет собственный Имеет собственный Занимает объём сосуда Форма Имеет собственную Принимает форму сосуда Принимает форму сосуда Движение молекул Колебательное относительно узлов кристаллической решётки Колебательное с изменением положений равновесия Поступательное Механические свойства жидкостей, газов и твёрдых тел Знание основных положений молекулярно-кинетической теории строения вещества, как вы убедились, позволяет объяснить целый ряд свойств вещества. Объяснение явлений или свойств тел и веществ — это одна из задач физической теории. Однако роль теории заключается ещё и в том, чтобы предсказывать явления и свойства тел. Давление жидкостей и газов. Из курса физики 7 класса вы узнали, что твёрдые тела оказывают давление на опору. Его можно рассчитать по формуле: F где F — сила, действующая на опору, S — площадь опоры. Возникает вопрос: оказывают ли давление жидкости и газы? Каждый из вас надувал воздушные шарики. Почему воздушный шарик раздувается? Ответить на этот вопрос нам позволяет молекулярно-кинетическая теория строения вегцества. Молекулы воздуха непрерывно движутся и при этом сталкиваются друг с другом, а также с молекулами стенок шарика. Эти удары и вызывают давление газа на стенки шарика или любого другого сосуда, в котором газ находится. Удар одной молекулы слаб, но внутри шарика находится огромное число молекул, поэтому их суммарное давление на стенки шарика ош;утимо. Чем выше температура газа, тем с большей скоростью движутся молекулы и тем чаще и сильнее ударяются они о стенки сосуда. Следовательно, давление газа на стенки сосуда увеличится при повышении температуры. Если сжать газ в сосуде, т. Число ударов молекул о стенки сосуда при этом возрастет, следовательно, увеличится давление газа. При увеличении объёма газа при той же массе уменьшится его плотность и число ударов молекул о стенки сосуда. Давление газа при этом уменьшится. Таким образом, давление газа тем больше, чем выше его температура и меньше объём при неизменной массе. Рассмотрим теперь, как газы и жидкости передают производимое на них давление. Проделаем опыт, используя шар Паскаля. Он представляет собой полый шар, имеющий в различных местах узкие отверстия, и присоединённую к нему трубку с поршнем рис. Наполним прибор водой, а затем нажмём на поршень. Вода польётся изо всех отверстий шара. Это говорит о том, что давление, которое мы со-здаём, действуя на поверхность воды в трубке, передаётся водой по всем направлениям. Тот же эффект можно наблюдать, если шар заполнить дымом. Дым тоже будет передавать производимое на него давление по всем направлениям. Передача давления жидкостями и газами по всем направлениям объясняется подвиж-Рис. Подвижность молекул 30 Рис. Благодаря подвижности молекул давление, которое оказывает поршень на ближайший к нему слой, передаётся последующим слоям. Молекулы газа и жидкости движутся хаотически, поэтому их действие распределяется равномерно по всему объёму шара. Проделаем ещё один опыт. Опустим в колбу, закрытую пробкой, три трубки одинакового диаметра, но разной формы. Отверстия всех трубок находятся на одной глубине, и уровень воды в них такой же, как и в колбе. Через четвёртую трубку будем нагнетать в колбу воздух рис. Увидим, что во всех трёх трубках вода поднимется и установится на одном и том же уровне. Происходит это потому, что при нагнетании воздуха в колбе увеличивается его давление. Это избыточное давление воздух передаёт поверхностному слою воды, который передаёт давление следующим слоям, лежащим глубже. Таким образом, созданное нами избыточное давление передаётся за счёт хаотичности движения молекул воздуха и воды по всем направлениям. Поскольку уровень воды в трубках одинаков, то можно утверждать, что давление передаётся жидкостями и газами по всем направлениям одинаково. Обобщив результаты экспериментов, можно сделать вывод: давление, производимое на жидкость или газ, передаётся без изменения в каждую точку жидкости или газа. Это утверждение называется законом Паскаля. Закон назван по имени французского физика и математика Блеза Паскаля 1623—1662 , который, изучая свойства жидкостей и газов, и установил этот закон. Вопросы ДЛЯ самопроверки 1. Чем обусловлено давление жидкостей и газов на стенки сосуда, в котором они находятся? Как доказать, что газы и жидкости оказывают давление на стенки сосуда? Как доказать, что жидкости и газы передают давление по всем направлениям одинаково? Выполняется ли закон Паскаля в состоянии невесомости? Справедлив ли закон Паскаля для твёрдых тел? Придумайте опыт, позволяющий проиллюстрировать закон Паскаля, и выполните его. Твёрдые тела производят давление на опору вследствие действия на них силы тяжести. Поскольку на жидкости тоже действует сила тяжести, то логично предположить, что и жидкости оказывают давление на дно сосуда. Это можно доказать экспериментально. Возьмём трубку, дно которой затянуто резиновой плёнкой. Нальём в трубку воду. Мы увидим, что плёнка при этом прогнётся рис. Это происходит потому, что каждый слой воды давит на другие слои, лежащие ниже, и соответственно на дно сосуда. Любая жидкость, так же как и вода, оказывает давление на дно сосуда, в котором находится. Давление производится жидкостью не только на дно сосуда, но и на стенки, оно существует внутри жидкости на любой её глубине. При этом производимое давление передаётся, согласно закону Паскаля, по всем направлениям одинаково. Следовательно, столб жидкости на уровне АА' рис. Этот вывод можно проверить на опыте. Возьмём коробочку 1, одна сторона которой затянута резиновой плёнкой 2, и соединим её резиновой трубкой с прибором, измеряющим давление рис. Этот прибор называют жидкостным манометром. Он представляет собой U-образную трубку, оба конца которой открыты. В манометр налита жидкость. При равном давлении на поверхность жидкости в обеих трубках коленах манометра её уровень одинаков. Если давление на жидкость в одном колене больше, чем в другом, то уровень жидкости в нём ниже. Соответственно чем больше разность уровней жидкости в трубках, тем больше давление. Опустим коробочку в воду на некоторую глубину h и будем её поворачивать, не меняя расстояния от поверхности рис. Мы заметим, что разность уровней жидкости в трубках манометра не изменяется. Следовательно, давление воды {как и любой другой жидкости на одном уровне одинаково по всем направлениям. Это означает, что на уровне АА' см. Если в трубку с дном, затянутым плёнкой, добавить воды, то плёнка прогнётся сильнее см. Это происходит потому, что увеличивается масса воды и соответственно давление воды на дно трубки. Таким образом, давление жидкости на дно сосуда тем больше, чем больше высота столба жидкости. Это можно подтвердить, используя ту же коробочку, что и в опыте, изображённом на рисунке 24. Если опустить коробочку в воду Рис. Возьмём теперь две одинаковые трубки с дном, затянутым плёнкой, и в одну нальём воду, а в другую до такого же уровня масло, плотность которого меньше плотности воды. Мы увидим, что плёнка у трубки с водой прогнётся сильнее, чем у трубки с маслом. Это означает, что давление на дно сосуда тем больше, чем больше плотность жидкости. Получим формулу, выражающую зависимость давления жидкости на дно сосуда от высоты столба жидкости и её плотности. Для того чтобы упростить вывод, будем считать, что жидкость находится в сосуде, имеющем форму прямоугольного параллелепипеда рис. Пусть площадь дна сосуда S, высота столба жидкости Л, а её плотность р. Сила давления жидкости F на дно сосуда равна её весу Р. По этой формуле можно рассчитать давление жидкости на дно сосуда любой формы. Кроме того, по ней можно вычислить давление внутри жидкости и на стенки сосуда, так как давление жидкости на одном уровне одинаково по всем направлениям. Таким образом, путём теоретического вывода мы подтвердили справедливость зависимости, полученной экспериментально. Для этого мы сначала построили модель рассматриваемой ситуации. Мы пренебрегли формой сосуда и рассматривали сосуд правильной формы, считали, что жидкость несжимаема и её плотность одинакова во всем объёме, постоянным считали и ускорение свободного падения. Затем выполнили математические действия с физическими величинами и получили искомую зависимость. На газ, так же как и на жидкость, действует сила тяжести, хотя и значительно меньшая. Поэтому газы тоже оказывают давление, вызванное действием силы тяжести. Если рассматривается столб газа, имеющий незначительную высоту, на которой его плотность можно считать неизменной, то давление может быть вычислено по формуле, приведённой выше. Пример решения задачи Какое давление оказывает вода на рыбу, находящуюся на глубине 10 м? Вопросы ДЛЯ самопроверки 1. От каких величин зависит давление жидкости на дно и стенки сосуда? Как доказать эту зависимость экспериментально? Выведите формулу для расчёта давления жидкости на дно и стенки сосуда. Задание 8 Ал 1. Какая модель использовалась при выводе формулы для расчёта давления жидкости на дно и стенки сосуда? Зачем при выводе этой формулы нужно было использовать модель? Является ли полученная формула точной? Когда её можно и когда нельзя применять? Какие ещё модели мы использовали при исследовании физических явлений? Возьмите пластиковую бутылку, проделайте в ней три одинаковых отверстия на разной высоте, залепите их пластилином. Наполните бутылку водой, поставьте её в раковину или ванну, откройте отверстия и наблюдайте за струйками воды, вытекающей из бутылки. Опишите наблюдаемое явление и объясните его. К стеклянной трубке прижимают дно, вырезанное из плотного картона, с помощью продетой в него нитки рис. Трубку опускают в сосуд с водой на некоторую глубину, дно плотно прижимается к трубке. Затем в трубку наливают воду. В тот момент, когда уровень воды в трубке совпадёт с уровнем воды в сосуде, дно отпадёт от трубки. В сосуд налита вода. Чему равно давление воды на дно сосуда, если высота её слоя равна 10 см? Какое давление со стороны воды испытывает подводная лодка, находящаяся на глубине 50 м? Какое давление будет испытывать подводная лодка на той же глубине с учётом атмосферного давления? КГ Плотность морской воды 1030 —. Свойство жидкости передавать давление по всем направлениям без изменения позволяет объяснить устройство сообщаю-пдихся сосудов. Два или более сосудов, соединённых между собой, называют сообщающимися сосудами. Примером сообщающихся сосудов может служить жидкостный манометр. Самыми простыми сообщающимися сосудами являются чайник, лейка, кофейник рис. Если взять две стеклянные трубки и соединить их резиновой трубкой рис. Наливая воду в правую трубку, увидим, что вода будет перетекать и в левую трубку. При этом уровни воды в трубках будут всё время одинаковы. Поднимем правую трубку выше левой рис. Увидим, что относительно верхнего конца правой трубки уровень воды понизится, а относительно верхнего конца левой трубки — повысится. Однако друг относительно друга уровни останутся одинаковыми, т. Наклоним правую трубку, оставив левую в вертикальном положении рис. Вода в правой трубке установится горизонтально и уровни воды в трубках останутся одинаковыми. Если трубки заполнить другой жидкостью, например маслом, керосином или ртутью, то всё равно уровни жидкости в трубках будут одинаковы. В сообщающихся сосудах поверхности однородной жидкости всегда устанавливаются на одном уровне. Как вы уже знаете, именно по разности уровней жидкости в трубках жидкостного манометра можно судить о значении давления. Объяснить полученный вывод можно следующим образом. Жидкость в сосудах не перемещается, следовательно, значения давления её в сосудах на одном уровне, в том числе и на дно, одинаковы. Жидкость имеет одинаковую плотность, поскольку она однородная. Изменим условия опыта: в левую трубку нальём воду, а в правую — масло, плотность которого меньше плотности воды. Увидим, что уровень воды в левой трубке будет ниже, чем уровень масла в правой трубке рис. Это объясняется тем, что давление жидкости на дно сосуда зависит от высоты столба жидкости и от её плотности. При одинаковом давлении чем больше плотность жидкости, тем меньше высота её столба. В данном опыте плотность масла меньше плотности воды, поэтому высота столба масла выше высоты столба воды. Этот вывод можно получить аналитически используя преобразования формул. Вопросы для самопроверки 1. Какие сосуды называют сообщающимися? Приведите примеры сообщающихся сосудов. Почему в сообщающихся сосудах уровни однородной жидкости одинаковы, а жидкостей, имеющих разную плотность, различны? Каково соотношение между высотами столбов жидкостей разной плотности в сообщаюш;ихся сосудах и их плотностями? Объясните принцип работы жидкостного манометра. В одном колене сообщающихся сосудов находится вода, а в другом — ртуть. Чему равна высота столба воды, если высота столба рту- КГ кг ти 2 см? В одном колене сообщающихся сосудов находится вода, а в другом — керосин. Уровень какой жидкости выше и во сколько раз? КГ Плотность керосина 800 —. Закон Паскаля находит широкое применение в технике, например в гидравлических машинах. Гидравлические машины — это машины, действие которых основано на законах движения и равновесия жидкостей. Основной частью любой гидравлической машины являются два соединённых между собой цилиндра разного диаметра, снабжённых поршнями рис. Цилиндры заполнены жидкостью, чаще всего маслом, и представляют собой, таким образом, сообщающиеся сосуды. Рассмотрим, как работает гидравлическая машина. Пусть на большой поршень площадью действует сила Fj. Эта сила будет оказывать на поршень давление Давление pj передаётся жидкости, находящейся под большим поршнем. Согласно закону Паскаля, давление, производимое на жидкость или газ, передаётся по всем направлениям без изменения. Для этого можно, например, положить на поршень груз. Изменение линейных размеров твёрдых тел и объёма твёрдых тел и жидкостей при нагревании выражается формулами, представленными в таблице 22. Тепловые двигатели — устройства, которые совершают механическую работу за счёт внутренней энергии топлива. Характеристики тепловых двигателей табл. Таблица 23 Вид двигателя Коэффициент полезного действия Мощ- ность Область применения Двигатель До 25% Около Автомобили, мото- внутреннего сгорания автомобиль- ный 60 кВт циклы, сельскохозяйственная техника, автобусы, теплоходы, тепловозы и др. Паровая турбина До 40% До 1200 МВт Турбогенераторы Электрические явления Об особых явлениях природы, называемых электрическими, люди знают уже несколько тысяч лет. Однако объяснить большинство из них оказалось совсем не просто. Только к середине XIX в. С изучения простейших электрических явлений вы начинаете знакомство с этой областью физического знания. Электрические явления, происходящие в природе, в повседневной жизни, в технике, хорошо вам известны. Разряд молнии, разлетающиеся и потрескивающие при расчёсывании пластмассовой расчёской сухие волосы, огни городов и посёлков и т. Причины этих явлений очень разные. Рассмотрим сначала наиболее простые явления. Для этого проделаем опыт. Возьмём стеклянную палочку и потрём её о лист бумаги. Палочка приобретёт свойство притягивать к себе лёгкие бумажки, пушинки, тонкие струйки воды. Если приблизить такую палочку к руке, то можно услышать лёгкий треск, а в темноте — даже увидеть искорки. Любопытно, что ещё в Древней Греции учёные проводили подобные опыты, натирая шерстью кусочки янтаря. Именно благодаря слову «янтарь» по-гречески «янтарь» — электрон и образовались слова «электричество», «электрический», «электризация» и т. Тела, которые в результате трения приобретают свойство притягивать к себе другие тела, называют наэлектризованными или заряженными. В этом случае говорят, что телам сообщён электрический заряд. Продолжим наши несложные опыты. Из металлической фольги сделаем лёгкий небольшой шарик и подвесим его на шёлковой нити. Теперь дотронемся стеклянной палочкой, потёртой о бумагу, до этого шарика рис. Шарик оттолкнётся от палочки, отклонится на некоторый угол и останется в этом положении. То же самое произойдёт, если повторить опыт, но вместо стеклянной взять эбонитовую или пластмассовую палочку, потереть её шерстью или кусочком меха и дотронуться до другого такого же шарика. Если поднести теперь друг к другу эти наэлектризованные шарики, то они сразу же притянутся рис. Попробуйте предсказать, изменится ли характер взаимодействия наэлектризованных шариков, если их зарядить одной и той же палочкой всё равно какой. Правы будут те, кто предположил, что они оттолкнутся друг от друга. Это можно проверить на аналогичном опыте. Таким образом, наэлектризованные или заряженные тела взаимодействуют между собой. Взаимодействие заряженных тел называют электрическим. Характер их взаимодействия может быть раз- т Рис, 97 156 ным: они либо притягиваются, либо отталкиваются друг от друга, взаимодействуя при этом сильнее или слабее. Причина разного характера взаимодействия наэлектризованных тел заключается в том, что в природе существуют два рода электрических зарядз:ов, имеющих противоположные знаки: положительный + и отрицательный —. Все наэлектризованные тела обладают определённым положительным или отрицательным зарядом. И значение заряда может быть разным. Значит, электрический заряд — это физическая величина, которая может иметь положительное или отрицательное значение. Заряд обозначают буквой q. За единицу электрического заряда принят кулон 1 Кл. Эта единица названа в честь французского физика Шарля Кулона 1736—1806 , открывшего основной закон взаимодействия электрически заряженных тел. Приписывание заряду положительного и отрицательного значения условно. Просто договорились считать, что заряд, приобретённый стеклянной палочкой, потёртой о бумагу или шёлк , — положительный, а заряд, полученный на эбонитовой палочке или янтаре , потёртой о мех, — отрицательный. Итак, многочисленные опыты убедили учёных а эксперименты, описанные выше, это подтвердили , что тела, имеющие электрические заряды одинакового знака одноимённые , взаимно отталкиваются, а тела, обладающие зарядами противоположного знака разноименными , взаимно притягиваются. На явлении отталкивания заряженных тел основан принцип действия простейшего прибора, при помощи которого выясняют, наэлектризовано ли тело. Этот прибор называют электроскопом рис. Он состоит из металлического стержня, к концу которого прикреплены две тонкие бумажные полоски. Стержень с бумажными листочками вставляется в металлическую оправу, застеклённую с обеих сторон. Чтобы стержень не касался оправы, его пропускают через пластмассовую пробку. Если заряженным телом или палочкой дотронуться до стержня электроскопа, то бумажные листочки оттолкнутся друг от друга. При этом чем более наэлектризовано тело, тем на больший угол они разойдутся. Значит, по изменению угла, на который расходятся листочки электроскопа, можно судить о степени наэлектризованности тела. Какие тела называют наэлектризованными или заряженными? Как взаимодействуют стеклянная палочка, потёртая о бумагу, и заряженный ею шарик? Изменится ли характер взаимодействия между шариком и палочкой, если взять эбонитовую палочку, потёртую о шерсть? Какие два рода электрических зарядов существуют в природе? Какой электрический заряд условились считать положительным, а какой — отрицательным? Как взаимодействуют тела, имеющие одноимённые электрические заряды; разноимённые? Какое взаимодействие называют электрическим? Каков принцип действия электроскопа? Внимательно рассмотрите рисунок 99, на котором изображён электрометр, и сравните его с электроскопом см. Что общего у этих приборов и каковы различия между ними? Для этого возьмите стеклянную банку и длинный металлический гвоздь или кусок толстой проволоки. С помощью шёлковой нити прикрепите на конце гвоздя лёгкие бумажные листочки. Пропустите гвоздь через пластмассовую или резиновую пробку, как показано на рисунке 100. Можно воспользоваться обычной пластмассовой крышкой д. Проведите с помощью такого прибора эксперимент. В каких случаях вам удастся зарядить электроскоп? Как можно обнаружить, что тело заряжено, не имея в своём распоряжении никаких электрических приборов? На нём изображена струя воды, к которой поднесена наэлектризованная палочка. Что происходит со струёй воды? Проделайте этот опыт дома. Вместо палочки возьмите пластмассовую расчёску или ручку. Сосуд сделайте из консервной банки, пробив дырочку около дна. Можно пустить тонкую струйку воды из водопроводного крана. Дотронувшись палочкой до электроскопа, его зарядили рис. Определите, каков знак заряда на палочке. Пунктиром показано первоначальное положение листочков электроскопа. На рисунке 103 изображены две взаимодействующие наэлектризованные па. Что вы можете сказать о зарядах этих палочек? Из каких материалов они могут быть сделаны? Определите знак заряда шара А в каждом из изображённых на рисунке 104 случаев. Вы уже знаете, что электрический заряд — это физическая величина, и знаете единицу заряда. Выясним, какова природа электрического заряда. Для этого проделаем опыт. Заряженный электроскоп 1 соединим металлической палочкой, укреплённой в пластмассовой ручке, с незаряженным электроскопом 2 рис. Часть заряда, точнее, половина поскольку электроскопы одинаковые , перейдёт с электроскопа 1 на электроскоп 2. Теперь разъединим электроскопы и разрядим второй из них, коснувшись рукой. Его листочки опадут, фиксируя отсутствие заряда. Затем снова присоединим второй электроскоп к первому, на котором осталась половина первоначального заряда. Отклонившиеся, но уже на меньший угол, листочки опять показывают присутствие заряда на обоих электроскопах. На каждом из них уже только по четверти первоначального заряда. Очевидно, что, продолжая подобное деление, можно получить одну восьмую, одну шестнадцатую и т. Интересно, как долго можно дробить первоначальный заряд? Су-ш;ествует ли предел подобного деления? Школьные электроскопы — не очень чувствительные приборы. Довольно скоро заряд на шаре электроскопа настолько уменьшится, что электроскоп перестанет его фиксировать и листочки электроскопа не будут расходиться. Из истории физики известно, что уже 100 лет назад учёные умели делить заряд. Но самым важным для них было выяснить: существует ли в природе наименьший заряд, т. Размышляя о делимости заряда и проделав ряд опытов, с которыми вы познакомитесь в старших классах, английский учёный Джозеф Джон Томсон 1856—1940 в 1897 г. Эту частицу назвали электроном. Любой другой заряд, которым обладает тело, кратен заряду электрона, т. Вы уже знаете, что вещества в природе состоят из атомов и молекул. Но и атомы, и молекулы в обычном состоянии электрически нейтральны. Что же тогда такое «электрон»? Каковы его масса и размеры? Каковы его свойства и особенности? Учёные всего мира проделали огромное число экспериментов для того, чтобы ответить на все эти вопросы. С результатами экспериментов вы познакомитесь позже. Отметим лишь основные свойства электрона. Электрон — очень маленькая частица, гораздо меньше атома или молекулы. Электрон входит в состав атома вещества и находится внутри атома. Но он может и выйти из атома, стать свободным и двигаться в веществе например, в металле , а может даже при определённых условиях, например при нагревании, выйти из вещества. Так, луч в электронной трубке, создающий изображение на экране телевизора или компьютера, — это поток электронов, вырвавшихся из вещества. И наконец, обращаем ваше внимание на то, что электрический заряд не существует сам по себе. Частица может и не иметь заряда, но носителем заряда может быть только частица. Заряд без частицы не существует. Вопросы ДЛЯ самопроверки 1. Как на опыте показать, что электрический заряд можно разделить? Можно ли электрический заряд делить бесконечно? Можно ли сообщить очень маленькому телу заряд меньший, чем заряд электрона; заряд больший, чем заряд электрона, в 1,5 раза? Может ли электрический заряд существовать без электрона или без какой-либо другой частицы вещества? Как вы объясните, что незаряженный лёгкий шарик из фольги сначала притягивается к наэлектризованной палочке и касается её, а потом от неё отталкивается? Как известно, отделить часть заряда электрона невозможно. В чём здесь причина? Может быть, экспериментальные возможности учёных ещё недостаточны для этого? Как вы думаете, почему мы считаем, что электрон — это частица вещества? Может быть, это какое-либо эфемерное существо с голубым бантиком или фантастический прищелец из космоса надеемся, что воображение подскажет вам более интересные варианты? Выдвигайте гипотезы и пытайтесь их подтвердить или опровергнуть. Рассмотрите внимательно фотографию, на которой зафиксированы следы, оставленные движущимися заряженными частицами рис. Следы i и 2 соответствуют электронам. Образование таких следов электронов аналогично образованию следов, остающихся после летящего на больщой высоте самолёта. Какую информацию об электроне, характере его движения может вам дать подобная фотография? Для того чтобы понять, в чём состоит причина электрических явлений, в том числе и электризации, необходимо рассмотреть строение вещества. Вы именно так и поступали, изучая тепловые явления: сначала наблюдали их, а затем объясняли, используя знания о строении вещества. Однако для объяснения электрических явлений знаний о том, что вещество состоит из молекул и атомов, недостаточно. Ведь атом — частица нейтральная, а электрон, который входит в состав атома, заряжен отрицательно. Возникает вопрос: какое строение имеет атом, почему он нейтрален, хотя в его состав входит отрицательно заряженная частица — электрон? Большой вклад в изучение строения атома внёс английский физик Эрнест Резерфорд 1871 —1937. На основании результатов проведённых опытов Резерфорд сделал вывод о том, что внутри любого атома есть положительно заряженная центральная часть — атомное ядро. Кроме того, в состав любого атома входит определённое число электронов, которые движутся вокруг ядра по орбитам. Предложенная Резерфордом модель строения атома очень похожа на Солнечную систему: в её центре находится Солнце, вокруг которого вращаются планеты. На самом деле строение атома гораздо сложнее. Поскольку атом — частица нейтральная, сумма всех отрицательных зарядов электронов равна положительному заряду ядра. Ядро любого атома — тоже образование сложное. Оно состоит из положительно заряженных частиц — протонов и нейтральных — нейтронов. Заряд протона равен по модулю заряду электрона. Следовательно, число протонов в атоме равно числу электронов в нём. На рисунке 107 представлены модели атомов водорода, гелия и лития. Электрон на рисунке отмечен значком «-», протон — значком «-1-», а электрически нейтральный нейтрон не имеет в центре никакого значка. Число протонов и нейтронов, а следовательно, и электронов у атомов различных веществ разное и может быть достаточно большим. Так, в атоме кислорода — 8 электронов, а вокруг ядра урана движется 92 электрона. Основная масса любого атома сосредоточена в ядре, поскольку электрон — очень лёгкая частица по сравнению с протоном и нейтроном их массы почти одинаковы. Так, масса электрона в 1840 раз меньше массы протона. Если каким-либо способом удалить из атома рис. Полученную частицу называют положительным ионом. Если атом присоединит избыточные электроны рис. Помните, что рисунки показывают лишь модели реальных атомов и ионов. Вопросы ДЛЯ самопроверки 1. Какие частицы входят в состав ядра атома? Сравните три частицы: электрон, протон и нейтрон. Что у них общего, чем они различаются? Используя рисунок 107, расскажите, каково строение атомов водорода, гелия и лития. Как образуются положительные и отрицательные ионы? Как вы думаете, почему, изображая на рисунке строение атомов или ионов , говорят о том, что это лишь модели, а не реальные частицы? Сколько протонов и электронов в атоме азота? Чем отличаются друг от друга ядра различных химических элементов? Как вы думаете, можно ли бы. Если телу, заряженному положительно, сообщить такой же по модулю отрицательный заряд, то те. Можем ли мы утверждать, что заряды в этом теле исчезли? Атом хлора присоединил один электрон. Как называют полученную частицу? Работа с компьютером Изучите материал урока и выполните предложенные в электронном приложении задания. Вы уже знаете, что тела являются заряженными или наэлектризованными, если в результате трения они приобрели свойство притягивать лёгкие предметы. Явление, при котором телам сообщаются электрические заряды, называют электризацией. Выясним причину этого явления. Зарядить тело можно не только трением, но и другими способами. Так, лёгкий шарик из фольги заряжается от прикосновения к нему другого заряженного тела. Если поставить на стеклянную пластинку чугунную гирю и «побить» её несколько раз кусочком меха, то соединённый с гирей электроскоп зафиксирует наличие на ней заряда рис. Заряженным окажется и кусочек меха, что можно установить, коснувшись им другого электроскопа рис. Напомним, что при трении стеклянной палочки о шёлк палочка получает положительный заряд. Как это может произойти? Ведь до начала опыта и палочка, и кусочек шёлка были нейтральны, в чём легко убедиться с помощью электроскопа. Можно выдвинуть гипотезу: в результате трения отрицательный заряд переходит со стеклянной палочки на шёлк, палочка становится положительно заряженной, а кусочек шёлка — отрицательно заряженным. Чтобы подтвердить или опровергнуть любую гипотезу, её надо проверить с помощью эксперимента. Поднесём к подвешенной на нити стеклянной палочке кусочек шёлка, о который её предварительно потёрли. Палочка к нему притянется рис. Это подтверждает предположение о том, что палочка 165 и шёлк получили заряды противоположного знака. Поскольку стеклянная палочка заряжена положительно, то можно сделать вывод, что шёлк заряжен отрицательно. Будем считать, что одного эксперимента недостаточно, он может дать случайный результат. Проделаем другой опыт: к отрицательно заряженной эбонитовой палочке поднесём тот же кусочек шёлка. Палочка от него оттолкнётся рис. Можно сделать тот же вывод: шёлк заряжен отрицательно. Таким образом, в результате электризации, в которой обязательно участвуют два тела, происходит перераспределение зарядов. При этом электризуются оба тела, приобретая заряды противоположных знаков. Для того чтобы объяснить, почему при электризации тело становится заряженным, проделаем опыт. Используем для этого электрометр, на который сверху надет полый металлический шар. Наэлектризуем трением друг о друга две пластинки — эбонитовую и плексигласовую. Внесём сначала одну из них внутрь полого шара электрометра и убедимся, что он зарядился рис. Затем внесём внутрь шара вторую пластинку. Результат будет таким же: стрелка электрометра отклонится на такой же угол. Это убеждает нас в том, что каждая из пластинок действительно заряжается при трении друг о друга. Теперь внесём внутрь шара одновременно обе заряженные пластинки рис. Электрометр в этом случае не обнаруживает заряда — стрелка его не отклоняется. Данный опыт позволяет ещё раз убедиться не только в том, что при электризации тела приобретают заряды противоположных знаков, но и в том, что эти заряды равны по модулю. Именно поэтому стрелка электрометра при внесении внутрь шара двух потёртых друг о друга пластин остаётся на нуле см. Иначе говоря, алгебраическая сумма зарядов обеих пластинок и до и после электризации равна нулю. Зная строение атома, можно объяснить, что происходит при электризации тел. Электроны, находящиеся вдали от ядра, сравнительно слабо удерживаются ядром. Отделившись от одного Рис. Этим и объясняется, что на одном теле может образоваться избыток электронов, а на другом — недостаток; в первом случае тело становится отрицательно заряженным, во втором — положительно. Они существовали в каждой из пластинок уже до опыта. При этом положительный заряд каждой из пластин был равен её отрицательному заряду. Поэтому пластинки изначально были электрически нейтральны. В результате трения электроны перешли с плексигласовой пластинки на эбонитовую. Плексигласовая пластинка оказалась заряженной положительно из-за недостатка электронов , а эбонитовая — отрицательно из-за их избытка. Таким образом, при электризации заряды не создаются, а только перераспределяются. Теперь можно сформулировать закон сохранения электрического заряда. Это один из самых важных законов природы его называют фундаментальным. Следует, однако, сразу же сделать одно очень важное уточнение: алгебраическая сумма зарядов сохраняется только в замкнутой системе. Замкнутая система представляет собой совокупность тел, изолированных от других объектов. Так, в рассмотренных опытах по электризации — это два тела: стеклянная палочка и кусок шёлка; эбонитовая палочка и кусок меха; плексигласовая и эбонитовая пластинки. Закон сохранения электрического заряда имеет очень глубокий физический смысл. Если число зарядов не меняется, то выполнение этого закона очевидно. Однако в старших классах вы узнаете, что частицы могут рождаться и исчезать, образуя новые заряженные частицы, могут взаимно превращаться. Но самое главное, во всех этих сложных процессах закон сохранения электрического заряда всегда выполняется! Что такое электризация тел? Почему при трении двух тел друг о друга заряжаются оба тела? Объясните, почему электрометр, изображённый на рисунке 111, а, разрядился см. Почему в обычном состоянии тела электрически нейтральны? Сформулируйте закон сохранения электрического заряда. Приведите примеры, подтверждающие этот закон. Всегда ли справедлив закон сохранения электрического заряда? Ученик дал следующую формулировку закона сохранения электрического заряда: «Сумма зарядов всех частиц остаётся неизменной». Как вы думаете, является ли эта формулировка правильной? Электризация тел происходит и в природе, и в быту. После посадки самолёта к нему нельзя сразу же приставлять металлический трап. Поэтому в некоторых случаях сначала опускают на землю металлический трос, соединённый с корпусом самолёта, и уже потом подгоняют трап. Почему при расчёсывании волос пластмассовой расчёской чистые волосы прилипают к ней? Вырежьте две одинаковые полоски: одну — из бумаги, другую — из полиэтиленовой плёнки. Сложите их вместе, положите на стол и крепко прижмите рукой. Затем разведите полоски и попробуйте вновь приблизить их друг к другу. Надуйте детский резиновый шарик. Потрите его о шерсть, мех или лучше всего о собственные волосы. Шар начнёт прилипать к вашему телу, к стене и т. Почему ворсинки и пыль прилипают к одежде при чистке её волосяной щеткой? Рассмотрите внимательно рисунок 112. Чистым сухим песком заполняют стеклянную воронку, в которую вставлен металлический стержень, соединённый с одним из электрометров. Просыпаясь через воронку, песок падает в металлический стакан, соединённый с другим электрометром. Стрелки обоих электрометров фиксируют наличие электрического заряда, равного по модулю. Электрические заряды взаимодействуют друг с другом, и сила их взаимодействия может быть разной. Количественное изучение электрических явлений, очень давно известных человечеству, началось лишь в конце XVIII в. Кулон в 1785 г. Однако, прежде чем сформулировать закон Кулона, необходимо ввести несколько допущений, при выполнении которых закон становится справедливым. Во-первых, речь в законе идёт о так называемых точечных зарядах. Точечным зарядом называют заряд, находящийся на теле, размеры которого во много раз меньше расстояния от этого тела до другого наэлектризованного тела или точечного заряда , взаимодействие с которым исследуется. Во-вторых, закону Кулона подчиняется взаимодействие только покоящихся зарядов. Если заряды находятся в какой-либо среде, то в формулу закона Кулона вводят дополнительный коэффициент, характеризующий свойства этой среды. Следует также учесть, что силы взаимодействия двух точечных зарядов направлены вдоль прямой, соединяющей их рис. Закон Кулона был установлен экспериментально с помощью специального прибора — крутильных весов рис. Рассмотрим, как устроены и действуют крутильные весы. Внутри стеклянного цилиндра на тонкой упругой проволоке подвешено лёгкое стеклянное коромысло. На одном конце коромысла закреплён маленький металлический шарик А, а на другом — противовес С. С помощью ещё одного металлического шарика В, насаженного на изолирующий стержень, можно заряжать шарик А. Если заряженным шариком В коснуться шарика А, заряд разделится между ними и шарики оттолкнутся друг от друга. При этом стеклянное коромысло повернётся и закрутит проволоку. По углу закручивания проволоки можно определить силу взаимодействия зарядов. Проведя большое число опытов, Кулон пришёл к выводу, что сила взаимодействия наэлектризованных шариков обратно пропорциональна квад- Рис. В самом деле, если к наэлектризованному ранее шарику В прикоснуться точно таким же незаряженным шариком, то заряды разделятся поровну. В результате заряд на шарике В станет вдвое меньше. Подобное деление можно продолжить и уменьшать заряд на шарике Б в 4, 8 и т. Меняя заряды шариков, Кулон установил, что сила их взаимодействия прямо пропорциональна произведению зарядов F ~ qiq2 - 5. Эта сила пропорциональна величинам, характеризующим те свойства тел, которые определяют взаимодействие, — массам в одном случае и зарядам в другом. Кроме того, учёными для измерения и электрических, и гравитационных сил использовался один и тот же принцип — по закручиванию нити. Но существует между ними и важное различие. Сила всемирного тяготения — это всегда сила притяжения. Кулоновская же сила взаимодействия зарядов может быть и силой притяжения между разноимёнными зарядами , и силой отталкивания между одноимёнными зарядами. Однако аналогичность этих важнейших, как говорят, фундаментальных законов природы не ограничивается только их внешним сходством. Аналогичны основные особенности этих законов и следствия, вытекающие из них. Подобное сходство законов природы — одна из многих загадок, которые ещё предстоит решать учёным. Таким образом, начиная с конца XVIII в. Вопросы ДЛЯ самопроверки 1. Какой заряд называют точечным? Запишите формулу этого закона. Всегда ли справедлив закон Кулона? Объясните суть опытов Кулона с крутильными весами. Формуле какого другого известного вам физического закона аналогична формула закона Кулона? Вы наблюдали и сами проделали уже довольно много опытов, которые свидетельствуют о том, что заряженные тела взаимодействуют друг с другом. Они притягиваются или отталкиваются, изменяют вследствие этого своё положение, траекторию движения. Однако причины возникновения подобного взаимодействия зарядов долго оставались непонятными. Ответить на вопрос о том, какая из гипотез верна, было очень непросто, поиском ответа занимались учёные многих стран в течение многих десятилетий. И только в конце XIX в. Выясним, не передаётся ли взаимодействие электрических зарядов через воздух. Иначе говоря, не является ли воздух тем посредником, через который осуществляется взаимодействие зарядов? Для этого поместим заряженный электроскоп под колокол воздушного насоса рис. Откачаем из-под колокола воздух. Опыт показывает, что и в безвоздушном пространстве листочки электроскопа по-прежнему отталкиваются друг от друга. Итак, электрическое взаимодействие передаётся не через воздух. Однако, исходя из этого опыта, нельзя ответить на вопрос: действуют электрические заряды друг на друга через пустоту или между ними всё же существует какой-то материальный посредник, хотя мы его и не видим? Сторонники второй гипотезы — английские учёные Майкл Фарадей 1791 —1867 и Джеймс Максвелл 1831 — 1879 утверждали, что пространство, окружающее заряженное тело, отличается от обычного пространства, в котором находятся незаряженные тела. В пространстве, где есть электрический заряд, существует электрическое поле. Именно посредством электрического поля одно заряженное тело действует на другое. Самая существенная особенность электрического поля — его материальность, т. До сих пор вам был знаком лищь один вид материи — вещество. В том, что вещество реально, что оно существует независимо от нас, убедиться нетрудно: оно так или иначе действует на органы чувств. Для наблюдения за любым вещественным объектом используются зрение, слух, осязание и т. Электрическое поле отличается от вещества прежде всего тем, что его нельзя непосредственно воспринимать с помощью органов чувств. В существовании электрического поля можно убедиться только по его действиям. Представьте себе, что вы не знаете, существует электрическое поле около металлического щараЛ или его нет рис. Заряжен шар или нет, вы тоже не знаете. Можно ли это как-либо выяснить? Можно, и вы даже знаете как: если маленький незаряженный шарик из металлической фольги В никак не реагирует на большой, — поля нет. Если же он притянется, значит, шар А заряжен и посредством электрического поля действует на шарик В. Итак, вокруг каждого заряженного тела существует электрическое поле. Если в поле заряженного тела внести другое заряженное тело, эти тела начнут взаимодействовать — притягиваться или отталкиваться друг от друга. При этом сила их взаимодействия будет зависеть от расстояния между заряженными телами. Чем ближе друг к другу расположены заряды, тем сильнее они будут притягиваться или отталкиваться, т. Пронаблюдать подобную зависимость несложно. Например, если два разноимённо заряженных щарика, подвешенных на ни- Рис. Поскольку шарики подвешены на нитях, они отклонятся на некоторый угол от своего первоначального положения. Уменьшим расстояние между шариками. Притяжение между ними при этом увеличится рис. Это говорит о том, что сила, с которой действует электрическое поле каждого из зарядов на другой заряд, увеличилась. Силу, с которой электрическое поле действует на внесённый в него электрический заряд, называют электрической силой. Электрическая сила, с которой взаимодействуют заряды, зависит также и от значения зарядов. Если теперь заряды шариков увеличить и вернуть их на первоначальное расстояние, то можно будет увидеть, что заряженные тела притянутся сильнее, чем в первом случае рис. Электрическая сила, как и любая другая, имеет направление. Разноимённо заряженные тела притягиваются, и силы, действующие на них, направлены вдоль прямой, соединяющей тела, навстречу друг другу; одноимённые же заряды отталкиваются, и действующие на них силы направлены в противоположные стороны рис. Электрическую силу можно измерить. Но чтобы определить её значение, нужно ввести количественную характеристику электрического поля. Внеся в эту же точку поля больший заряд, можно обнаружить, что действуюшая сила увеличится прямо пропорционально значению заряда. Отношение силы, действующей на помещённый в данную точку поля заряд, к этому заряду остаётся неизменным для данной точки поля. Это отношение и является силовой характеристикой электрического поля. Её называют напряжённостью электрического поля и обозначают буквой Е. Напряжённостью электрического поля называют физическую величину, равную отношению силы, с которой оно действует на заряд, к этому заряду. Направление напряжённости поля совпадает с направлением силы, действуюш;ей на положительный электрический заряд. Зная единицу силы ньютон и единицу заряда кулон , можно оп- ределить единицу напряженности поля как ньютон на кулон fi-1- I Кл J 7. В опытах, которые вы наблюдали, электрическое поле действовало на заряженные тела с определённой силой, в результате чего тела перемещались. При этом совершалась работа. Как вы знаете, механическая работа совершается тогда, когда тело обладает энергией. В данных опытах работу совершало электрическое поле, следовательно, можно говорить об энергии электрического поля, или электрической энергии. Вопросы для самопроверки 1. Какие гипотезы высказывались для объяснения взаимодействия зарядов? Какие выводы можно сделать из опыта, установка для проведения которого изображена на рисунке 115? Как вы можете объяснить, что такое электрическое поле? Как можно обнаружить электрическое поле? Какую силу называют электрической? От чего она зависит? Почему напряжённость электрического поля называют силовой характеристикой? Как вы можете это объяснить? Как вы объясните утверждение о том, что электрическое поле обладает энергией? Лёгкая незаряженная металлическая пылинка А находится в электрическом поле заряженного niapa В рис. Определите направление силы, действующей на пылинку со стороны поля, созданного заряженным шаром. Куда начнёт двигаться маленькое положительно заряженное тело, оказавшееся в поле положите. Два заряда, значение одного из которых в 2 раза больше другого, поместили в поле большого одноимённо заряженного шара на одинаковых расстояниях от него, как показано на рисунке 121. Что вы можете сказать о силах, действующих на эти заряды? Одно и то же небольшое заряженное тело помещают в разные точки электрического поля, созданного зарядом q, как показано на рисунке 122. В каких точках на заряд будут действовать: наибольшая сила; наименьшая си. Вы уже знаете, что электрическое взаимодействие передаётся благодаря электрическому полю. Электрическое поле материально, т. Это создаёт определённые неудобства для его изучения. Поэтому учёными была предложена модель, характеризующая электрическое поле, его напряжённость и силу, с которой поле действует на некоторый заряд. Воспользуемся тем, что сухие чистые волосы, как и мех, легко электризуются. Мелко настрижём волосы и насыплем их ровным слоем на стекло. Поместим стекло над наэлектризованным шаром. Мелкие кусочки волос слегка переориентируются, и можно увидеть картину, подобную той, что изображена на рисунке 123. Если повторить опыт, но взять не одно наэлектризованное тело, а два и зарядить их сначала разноимёнными, а потом одноимёнными зарядами, то волосы расположатся так, как показано на рисунке 124. Линии, вдоль которых располагаются волоски, называют линиями напряжённости электрического поля. В действительности линий напряжённости не существует, как не существует, например, параллелей и меридианов на земном шаре. Линии напряжённости электрического поля непрерывны и никогда не пересекаются. Касательная, проведённая в любой точке к линии напряжённости, совпадает с направлением вектора напряжённости электрического поля в данной точке рис. Поскольку сила, действующая со стороны электрического поля на помещённый в него заряд, имеет определённое направление, то и линии напряжённости также имеют направление. Принято считать, что линии напряжённости электрического поля начинаются на положительных зарядах, а заканчиваются на отрицательных для одиночных зарядов линии напряжённости уходят в бесконечность. Линии напряжённости поля, созданного положительным зарядом, выглядят так, как показано на рисунке 126, а, а отрицательным — на рисунке 126, б. Линии напряжённости в первом случае направлены от заряда, а во втором — в сторону отрицательного заряда. На рисунке 127 изображены линии напряжённости различных электрических полей: двух разноимённо заряженных шариков рис. Обратите внимание на рисунок 127, в: линии напряжённости параллельны друг другу, это значит, что напряжённость поля во всех точках пространства между пластинами одна и та же. Подобного рода электрическое поле называют однородным. Вопросы ДЛЯ самопроверки 1. Что такое линии напряжённости электрического поля? Для чего вводятся линии напряжённости электрического поля? Как взаимосвязаны направления линий напряжённости и сил, действующих на положительный заряд в разных точках электрического поля? О чём можно судить по густоте линий напряжённости электрического поля? Какое электрическое поле называют однородным? Существуют ли в природе линии напряжённости? На рисунке 128 изображены линии напряжённости полей, создаваемых двумя положительными зарядами. Какой из этих зарядов больше? Почему линии напряжённости электрического поля не пересекаются? Нарисуйте линии напряжённости поля положительно заряженной палочки. Рассмотрим ещё один способ электризации тел, отличающийся от электризации трением или прикосновением. Поднесём положительно заряженную стеклянную палочку к незаряженному шарику из фольги, но касаться не будем. Шарик, как это ни странно, отклонится от своего начального положения и притянется к палочке рис. Ещё более странно, что этот незаряженный шарик притянется к палочке и в том случае, если к нему поднести не дотрагиваясь отрицательно заряженную эбонитовую палочку рис. С помощью электрометра можно убедиться, что шарик во время опыта оставался незаряженным. Теперь повторим опыт, но в тот момент, когда шарик притянется к палочке, на короткое время коснёмся его пальцем рис. Шарик при этом отклонится на ещё больший угол и ещё сильнее притянется к палочке рис. Если воспользоваться электрометром, то его стрелка в этом случае покажет наличие заряда на шарике. Проделаем ещё один опыт.
Какие явления называют капиллярными? Что же тогда такое «электрон»? Трубку опускают в сосуд с водой на некоторую глубину, дно плотно прижимается к трубке. Так, масса электрона в 1840 раз меньше массы протона. При этом учителя не поймут, что ему помогает подобная книга. Увидим, что во всех трёх трубках вода поднимется и установится на одном и том же уровне.