Объяснение электрических явлений

Мы уже знаем, что все тела состоят из молекул, а молекулы — из атомов. В каждом атоме число протонов и электронов одинаково, поэтому при нормальных условиях тело электрически нейтрально.

На предыдущем уроке мы выяснили, что если атом теряет электрон, то он становится положительно заряжен, а если атом приобретает лишний электрон, то он становится отрицательно заряжен. Таким же образом электризуются и тела. Тело получает электрический заряд, когда оно приобретает или теряет электроны. Заметим, что когда тела электризуются в результате трения друг о друга, то одно тело становится отрицательно заряженным, а другое — положительно заряженным. Действительно, ведь при электризации электроны передались от одного тела к другому, и теперь одно тело обладает избыточным количеством электронов, а другое — недостаточным. Это также означает и то, что заряд обоих тел численно одинаковый, ведь от одного тела отсоединилось ровно столько электронов, сколько присоединилось к другому.

Опытным путём было установлено, что заряды не создаются, а только разделяются, поэтому существует закон сохранения электрического заряда. Алгебраическая сумма электрических зарядов остаётся постоянной при любых взаимодействиях в замкнутой системе.

Замкнутая система — это система, в которую не попадают заряды извне и из которой заряды не выходят наружу.

В разных атомах электроны находятся на разных расстояниях от ядра, из-за чего притягиваются к нему с разной силой. Чем слабее притягиваются электроны к ядру, тем больше вероятность, что они могут покинуть своё место и начать двигаться между атомами; такие электроны называют свободными. Это будет означать, что тело проводит электричество; тела, которые способны проводить электричество называют проводниками, а тела, которые не способны проводить электричество — непроводниками или диэлектриками.

Из бытового опыта мы знаем, что металлы, как правило, хорошие проводники, поэтому провода сделаны из металла. Резина и пластмасса являются диэлектриками, поэтому в целях безопасности они используются для изолирования металлической части провода.

Зная о строении атома, можно объяснить, почему даже не наэлектризованные тела притягиваются к наэлектризованным. Тело может быть электрически нейтрально, но в нём есть некоторое количество свободных электронов. Наэлектризованное тело обладает электрическим полем, которое и воздействует на электроны. Как мы помним из предыдущих уроков, противоположные заряды притягиваются, а одинаковые заряды отталкиваются. Поэтому, если тело обладает положительным зарядом, то свободные электроны будут притягиваться и смещаться на одну сторону незаряженного тела. Таким образом, в одной части тела будет избыток электронов, а в другой — недостаток. При соприкосновении с заряженным телом, часть электронов перейдёт на положительно заряженное тело, в результате чего изначально не наэлектризованное тело станет положительно заряженным. Если же тело обладает отрицательным зарядом, то свободные электроны незаряженного тела, напротив, будут отталкиваться и смещаться на другую сторону тела. Это вновь приведёт к тому, что в одной части тела будет избыток электронов, а в другой — недостаток.

Экспериментальным путём было установлено, что распределение заряда зависит от размеров взаимодействующих тел.

Например, если заряд передают от заряженного шара незаряженному шару точно такого же размера, то заряд разделится пополам. Однако, если незаряженный шар больше, то на него перейдёт больше половины заряда. Поэтому, чем больше тело, которому передают заряд, тем большая часть заряда на него перейдёт.

Именно на этом факте основано заземление. Заземление применяется в тех случаях, когда необходимо сделать тело электрически нейтральным. Поскольку размеры Земли огромны по сравнению с размерами тел, находящимися на Земле, то можно считать, что тело передаёт земле весь свой заряд. Например, это используется для создания громоотводов: при попадании в него молнии, громоотвод просто уводит заряд молнии в землю, т.к. он заземлён.