Описание физического явления электризации тел

Тема 2 Явление электризации тел

Условие

В емкость с водой, температура которой поддерживается постоянной и равна t^o₂, поместили металлическую болванку массой m при начальной температуре t^o₁. В результате теплообмена металлическая болванка начала нагреваться.

Задание

1. Опишите физическую суть явления нагревания физического тела путем теплообмена, исходя из молекулярно-кинетической теории.

2. Дайте характеристику физическим величинам, введенным для описания явления нагревания физического тела: теплоте, удельной теплоемкости вещества физического тела, массе физического тела, температуре физического тела.

3. Сформулируйте закон нагревания физического тела, устанавливающий связь между физическими величинами, введенными для описания явления нагревания физического тела.

4. Выполните математическую запись закона нагревания физического тела, расшифровав все физические величины и их единицы.

5. Получите единицу теплоты из математической записи закона нагревания твердого тела.

6. Рассчитайте количество теплоты, необходимое для нагревания металлической болванки до температуры t^o₂, выбрав свой вариант исходных данных из таблицы 1в.

Таблица 1в

Номер варианта	Материал металлической болванки	m, кг	t^o1	t^o2
	алюминий
	медь
	сталь
	чугун
	алюминий
	медь
	сталь
	чугун
	алюминий
	медь
	сталь
	чугун
	алюминий

Творческое конструкторско-экспериментальное задание

1. Спроектировать и изготовить устройство для демонстрации явления нагревания физического тела путем теплопередачи и исследования процесса нагрева холодного тела. Предлагается в качестве варианта выполнения задания использовать две цилиндрические коаксиальные емкости примерно одинаковой высоты, ртутный термометр, горячую и холодную воду.

2. Исследовать процесс нагрева холодного физического тела, данные занести в таблицу 1.

Таблица1

t, c
t°1, °С
t°2, °С

3. Построить график нагрева холодного тела.

4. Определить количество теплоты, полученное холодным телом от горячего.

Вещества, из которых состоит окружающий нас мир, слагаются из простых элементов – атомов. Каждый атом состоит из ядра, вокруг которого по орбитам вращаются электроны. Ядро находится в центре атома и заряжено положительно, оно состоит из протонов (имеют положительный заряд) и нейтронов (не имеют заряда). Электроны заряжены отрицательно и движутся на большом расстоянии от ядра (если представить себе атом размером с 10-копеечную монету, то расстояние между ядром и ближайшими электронами будет равно 1 км).

В обычном состоянии все тела электрически нейтральны, то есть число электронов в любом теле равно числу протонов в нём, поэтому сумма всех отрицательных зарядов в теле равна сумме всех положите­льных зарядов. При плотном сопри­косновении двух тел (если расстояние между телами примерно равно расстоянию между атомами или молекулами тела) электроны, входящие в состав атомов одного тела, могут переходить к атомам другого тела вследствие того, что энергия связи их с ядром в атомах различных химических элементов может быть неодинаковой. В результате одно тело теряет некоторое количество электронов и заряжается по­ложительно, а другое тело получает эти электроны и заряжается отрицательно.

В том, что заряды бывают двух видов – положительные и отрицательные, можно убедиться на опыте.

Подвесим на нитях два шарика одинаковой массы из одинакового вещества на небольшом расстоянии друг от друга (рис.2.1).

Рис.2.1

Эти шарики электрически нейтральны, то есть сумма их положительных зарядов равна сумме отрицательных. Шарики под действием силы тяжести будут притягиваться к земле. Поэтому нити, на которых подвешены шарики, будут параллельны друг другу.

Возьмём эбонитовую палочку и потрём её о мех. Она приобретёт заряд. Назовём его отрицательным и обозначим знаком «–» (минус).

Прикоснувшись заряженной эбонитовой палочкой поочерёдно к каждому шарику, мы зарядим их отрицательным зарядом. В этом случае мы увидим, что шарики будут расходиться, то есть между ними возникнет сила отталкивания (рис.2.2).

Рис.2.2

–

–

Если эбонитовую палочку потереть о мех, то есть зарядить её отрицательно, и прикоснуться теперь только к одному шарику (например, к левому), то он зарядится отрицательно, а другой шарик будет электрически нейтральным.

Возьмём теперь стеклянную палочку и потрём её о шёлк. Она также приобретёт заряд. Прикоснёмся стеклянной заряженной палочкой ко второму шарику (к правому) и сообщим ему такой вид заряда, что и у стеклянной палочки. В этом случае мы увидим, что шарики будут сходиться, то есть между ними возникнет сила притягивания (рис.2.3)

Рис.2.3

+

–

Это значит, что второй шарик заряжен зарядом противоположного знака, то есть положительным. Обозначим его знаком «+» (плюс).

Таким образом, мы на опыте убедились в том, что заряды бывают двух
видов – отрицательные и положительные. Отрицательно заряжены электроны, а положительно заряжены протоны.

Следовательно, электризация тела заключается в потере или приобретении телом некоторого количества электронов. Электрические заряды не создаются и не исчезают, они только могут пере­ходить от одного тела к другому.

Введём понятие точечного заряда, под которым будем понимать
заряженное тело, размерами которого в данных условиях можно пренебречь. Поэтому реа­льное тело с совокупностью огромного количества элементарных зарядов (рис.2.4) можно условно заменить точкой с зарядом (рис.2.5), который равен сумме элементарных зарядов этого тела (по аналогии с материальной точкой в механике).

Рис.2.4 Рис.2.5

Дата добавления: 2014-10-15