Wykonaj samodzielnie dwa eksperymenty opisane w filmie samouczku. Jeden bez problemu wykonasz w domu, wykorzystując powszechnie dostępne przedmioty. Do drugiego będzie Ci potrzebny typowy szkolny sprzęt: elektroskop i pałeczki do jego ładowania. Spróbuj zapewnić sobie widownię: koleżanki i koledzy z klasy lub rodzina czy znajomi w domu. Przy odrobinie ćwiczenia i wprawy na pewno zainteresujesz każdą widownię.
Co warto wiedzieć?
Oto kilka podpowiedzi. Zawierają one dobre rady, dzięki którym eksperymenty z elektrostatyki udadzą Ci się lepiej, niż innym. Możesz najpierw poeksperymentować samodzielnie, zanim je przeczytasz.
Zadbaj o suchą atmosferę. Zorganizuj eksperyment w wyżową pogodę. Jeśli zaś pada deszcz, to zrezygnuj z elektryzowania ciał - wilgoć w powietrzu znakomicie przyspiesza upływ ładunku z naelektryzowanych przedmiotów.
Wszystkie przedmioty, które będą elektryzowane przez pocieranie (pałeczki, linijki, grzebienie itp.) starannie umyj ciepłą wodą z mydłem. Odtłuszczone powierzchnie lepiej się elektryzują.
Po umyciu postaraj się zagrzać nieco te przedmioty, wraz z materiałami, którymi zamierzasz je pocierać. Możesz wykorzystać do tego kaloryfer - taka temperatura spokojnie wystarczy. Jeśli użyjesz do tego strumienia ciepłej wody, to pamiętaj o dokładnym wytarciu - przygotuj zawczasu suchą ścierkę.
Chwytaj te przedmioty zawsze z jednego końca - ten się zatłuści od Twoich rąk. Drugi koniec pozostanie czysty. Pocieraj zawsze koniec czysty i ten koniec zbliżaj do elektryzowanego ciała.
Elektryzując pałeczką elektroskop możesz wzmocnić efekt, jeśli nie ograniczysz się do punktowego dotknięcia, ale przeciągniesz pałeczkę wzdłuż pręta czy czaszy elektroskopu. Zbierzesz wtedy więcej ładunku na elektroskopie.
Jeśli potrzebujesz upewnić się, że pałeczka czy linijka są dobrze rozładowane, to wstaw je na parę chwil pod strumień wody, najlepiej ciepłej. Osusz je przed dalszymi czynnościami.
Jak to zrobić?
Obejrzyj film samouczek, w którym opisane zostały niezbędne pomoce i podstawowe czynności, jakie warto wykonać. Każdy pokaz został podzielony na sceny. Oglądając film wyobrażaj sobie swoje postępowanie w roli eksperymentatora. Staraj się przewidzieć reakcje i pytania widzów. Zwróć uwagę, że komentarz w filmie został ograniczony do opisania uzyskiwanych efektów. Myśl więc o komentarzu, w którym objaśniasz wyniki poszczególnych faz eksperymentu.
Zapoznaj się z filmem samouczkiem, w którym opisane zostały niezbędne pomoce i podstawowe czynności, jakie warto wykonać. Każdy pokaz został podzielony na sceny. Słuchając filmu wyobrażaj sobie swoje postępowanie w roli eksperymentatora. Staraj się przewidzieć reakcje i pytania widzów. Zwróć uwagę, że komentarz w filmie został ograniczony do opisania uzyskiwanych efektów. Myśl więc o komentarzu, w którym objaśniasz wyniki poszczególnych faz eksperymentu.
RDf8U5xExF8tQ
Zapoznaj się z audiodeskrypcją samouczka.
Zapoznaj się z audiodeskrypcją samouczka.
Źródło: Politechnika Warszawska, Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.
Jak to zinterpretować?
Wykonaj poniższe polecenia, które złożą się na Twój komentarz do uzyskanych w eksperymencie efektów. Wracaj do poszczególnych fragmentów filmu w miarę potrzeb.
Doświadczenie 1
1
Polecenie 2
W pierwszej scenie nie naładowano pałeczki przed jej zbliżeniem do wiszącej piłeczki. Nic nadzwyczajnego się nie stało. Podaj cel, zgodny z metodologią fizyki, wykonania tej obserwacji.
uzupełnij treść
Zbliżenie nienaładowanej pałeczki do piłeczki pokazuje, że bez naładowania pałeczki nie wywiera ona zauważalnego wpływu na piłeczkę. Tak więc reakcja piłeczki uzyskana w drugiej scenie może być jednoznacznie przypisana procesowi naelektryzowania pałeczki.
Polecenie 3
W scenie 2. naładowana pałeczka ebonitowa przyciągnęła wiszącą piłeczkę ping‑pongową. Ta ostatnia została naładowana przez indukcję.
R18PLJIs9QEyv
Wskaż schemat, który najbardziej trafnie przedstawia oddziaływanie pałeczki na piłeczkę.
Wskaż schemat, który najbardziej trafnie przedstawia oddziaływanie pałeczki na piłeczkę.
Źródło: Politechnika Warszawska, Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.
Zbliżenie naładowanej ujemnie ebonitowej pałeczki powoduje pojawienie się dodatniego ładunku na fragmencie powierzchni piłeczki bliższym pałeczce. Na ten obszar działa więc przyciągająca siła . Ujemny ładunek pojawia się na przeciwległym fragmencie powierzchni - jest on położony dalej od pałeczki. Na ten obszar działa odpychająca siła . Ze względu na różnicę odległości od pałeczki, długości tych sił nie są jednakowe: . Wypadkowa siła jest zatem zwrócona do pałeczki, która przyciąga piłeczkę.
Polecenie 3
R10SsFk8gGhal
W scenie 2. naładowana ujemnie pałeczka ebonitowa przyciągnęła wiszącą piłeczkę ping‑pongową. Ta ostatnia została naładowana przez indukcję. Wskaż stwierdzenie, który najbardziej trafnie przedstawia oddziaływanie pałeczki na piłeczkę. Możliwe odpowiedzi: 1. W geometrycznym środku piłeczki gromadzi się ładunek dodatni, na skutek czego na piłeczkę zaczyna działać siła w kierunku pałeczki., 2. Na powierzchni piłeczki znajdującej się bliżej pałeczki pojawia się ładunek dodatni, a na przeciwległej powierzchni - ujemny. Na piłeczkę zaczyna działać siła wypadkowa w kierunku pałeczki., 3. Na powierzchni piłeczki znajdującej się bliżej pałeczki pojawia się ładunek dodatni, a na przeciwległej powierzchni - ujemny. Siła wypadkowa działająca na piłeczkę jest zerowa, ponieważ siły związane z tymi ładunkami się równoważą.
Polecenie 4
RIs558DI523LF
Doszło do naładowania piłeczki przez 1. #przewodnikami, 2. indukcję, 3. przeciwnego, 4. #tego samego, 5. przewodnikami, 6. potarcie, 7. izolatorami, 8. #izolatorami, 9. #dotyk 1. #przewodnikami, 2. indukcję, 3. przeciwnego, 4. #tego samego, 5. przewodnikami, 6. potarcie, 7. izolatorami, 8. #izolatorami, 9. #dotyk 1. #przewodnikami, 2. indukcję, 3. przeciwnego, 4. #tego samego, 5. przewodnikami, 6. potarcie, 7. izolatorami, 8. #izolatorami, 9. #dotyk. Osadził się więc na niej ładunek 1. #przewodnikami, 2. indukcję, 3. przeciwnego, 4. #tego samego, 5. przewodnikami, 6. potarcie, 7. izolatorami, 8. #izolatorami, 9. #dotyk 1. #przewodnikami, 2. indukcję, 3. przeciwnego, 4. #tego samego, 5. przewodnikami, 6. potarcie, 7. izolatorami, 8. #izolatorami, 9. #dotyk znaku, co na pałeczce, choć o stosunkowo niewielkiej wartości. To ostatnie jest skutkiem zaledwie punktowego i krótkotrwałego kontaktu piłeczki z pałeczką oraz faktu, że powierzchnie tych ciał są raczej 1. #przewodnikami, 2. indukcję, 3. przeciwnego, 4. #tego samego, 5. przewodnikami, 6. potarcie, 7. izolatorami, 8. #izolatorami, 9. #dotyk 1. #przewodnikami, 2. indukcję, 3. przeciwnego, 4. #tego samego, 5. przewodnikami, 6. potarcie, 7. izolatorami, 8. #izolatorami, 9. #dotyk, niż 1. #przewodnikami, 2. indukcję, 3. przeciwnego, 4. #tego samego, 5. przewodnikami, 6. potarcie, 7. izolatorami, 8. #izolatorami, 9. #dotyk 1. #przewodnikami, 2. indukcję, 3. przeciwnego, 4. #tego samego, 5. przewodnikami, 6. potarcie, 7. izolatorami, 8. #izolatorami, 9. #dotyk.
Doszło do naładowania piłeczki przez 1. #przewodnikami, 2. indukcję, 3. przeciwnego, 4. #tego samego, 5. przewodnikami, 6. potarcie, 7. izolatorami, 8. #izolatorami, 9. #dotyk 1. #przewodnikami, 2. indukcję, 3. przeciwnego, 4. #tego samego, 5. przewodnikami, 6. potarcie, 7. izolatorami, 8. #izolatorami, 9. #dotyk 1. #przewodnikami, 2. indukcję, 3. przeciwnego, 4. #tego samego, 5. przewodnikami, 6. potarcie, 7. izolatorami, 8. #izolatorami, 9. #dotyk. Osadził się więc na niej ładunek 1. #przewodnikami, 2. indukcję, 3. przeciwnego, 4. #tego samego, 5. przewodnikami, 6. potarcie, 7. izolatorami, 8. #izolatorami, 9. #dotyk 1. #przewodnikami, 2. indukcję, 3. przeciwnego, 4. #tego samego, 5. przewodnikami, 6. potarcie, 7. izolatorami, 8. #izolatorami, 9. #dotyk znaku, co na pałeczce, choć o stosunkowo niewielkiej wartości. To ostatnie jest skutkiem zaledwie punktowego i krótkotrwałego kontaktu piłeczki z pałeczką oraz faktu, że powierzchnie tych ciał są raczej 1. #przewodnikami, 2. indukcję, 3. przeciwnego, 4. #tego samego, 5. przewodnikami, 6. potarcie, 7. izolatorami, 8. #izolatorami, 9. #dotyk 1. #przewodnikami, 2. indukcję, 3. przeciwnego, 4. #tego samego, 5. przewodnikami, 6. potarcie, 7. izolatorami, 8. #izolatorami, 9. #dotyk, niż 1. #przewodnikami, 2. indukcję, 3. przeciwnego, 4. #tego samego, 5. przewodnikami, 6. potarcie, 7. izolatorami, 8. #izolatorami, 9. #dotyk 1. #przewodnikami, 2. indukcję, 3. przeciwnego, 4. #tego samego, 5. przewodnikami, 6. potarcie, 7. izolatorami, 8. #izolatorami, 9. #dotyk.
Doświadczenie 2
Polecenie 5
RYipjSsO3rR12
Wskaż właściwe uzupełnienia opisu trzeciej sceny doświadczenia. Doszło do naładowania piłeczki przez potarcie dotyk indukcję. Osadził się więc na niej ładunek tego samego przeciwnego znaku, co na pałeczce, choć o stosunkowo niewielkiej wartości. To ostatnie jest skutkiem zaledwie punktowego i krótkotrwałego kontaktu piłeczki z pałeczką oraz faktu, że powierzchnie tych ciał są raczej izolatorami przewodnikami, niż izolatorami przewodnikami.
Wskaż właściwe uzupełnienia opisu trzeciej sceny doświadczenia. Doszło do naładowania piłeczki przez potarcie dotyk indukcję. Osadził się więc na niej ładunek tego samego przeciwnego znaku, co na pałeczce, choć o stosunkowo niewielkiej wartości. To ostatnie jest skutkiem zaledwie punktowego i krótkotrwałego kontaktu piłeczki z pałeczką oraz faktu, że powierzchnie tych ciał są raczej izolatorami przewodnikami, niż izolatorami przewodnikami.
Schematyczny rozkład ładunku na elektroskopie przed jego dotknięciem palcem i uziemieniem przedstawiony jest na rysunku.
RahvCnVVp5ajk
Doszło do naładowania elektroskopu przez indukcję. Jako całość pozostał on obojętny. W obszarze czaszy od strony pałeczki zgromadzony jest ładunek ujemny. W obszarze czaszy przeciwległym do pałeczki zgromadzony jest ładunek dodatni. W obszarze listków (osi elektroskopu i wskazówki) zgromadzony jest ładunek dodatni.
Schematyczny rozkład ładunku na elementach elektroskopu naładowanego przez indukcję.
Źródło: Politechnika Warszawska, Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.
Polecenie 6
RoKCnsXIUJupg
Wskaż schemat, który najbardziej trafnie przedstawia rozkład ładunków na elektroskopie po jego uziemieniu.
Wskaż schemat, który najbardziej trafnie przedstawia rozkład ładunków na elektroskopie po jego uziemieniu.
Źródło: Politechnika Warszawska, Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.
Dotknięcie palcem czaszy elektroskopu powoduje, że elektrony z otoczenia napływają do jego obszarów dodatnio naładowanych, aż do ich zobojętnienia. Natomiast obszar naładowany ujemnie praktycznie się nie zmienia - przyczyną jest obecność dodatnio naładowanej pałeczki. W efekcie elektroskop przestaje być elektrycznie obojętny, choć nie nastąpiło jego zetknięcie z pałeczką.
1
Polecenie 6
Załóżmy, że elektrycznie obojętny elektroskop został uziemiony. Jeżeli zbliżymy do niego na niewielką odległość naładowane dodatnio ciało, to co możemy powiedzieć na temat ładunku w elektroskopie?
uzupełnij treść
Elektroskop przestanie wtedy być elektrycznie obojętny i stanie się ujemnie naładowany, gdyż napłyną do niego ładunki ujemne z uziemienia.
1
Polecenie 7
Objaśnij wynik uzyskany, kolejno, w scenach 3a oraz 3b.
uzupełnij treść
Skorzystaj z wyników poprzednich poleceń.
W scenie 3a odsunęliśmy pałeczkę od ujemnie naładowanego, ale uziemionego elektroskopu. Zniknął zatem czynnik przyciągający elektrony do tego obszaru czaszy, który na początku sceny był naładowany ujemnie. W trakcie odsuwania pałeczki nadmiarowe elektrony zgromadzone na elektroskopie odpłynęły przez palec do Ziemi. Elektroskop się rozładował.
W scenie 3b odsunęliśmy pałeczkę od elektroskopu naładowanego ujemnie, ale odizolowanego od otoczenia. Podobnie jak w scenie 3a zniknął czynnik przyciągający elektrony do tego obszaru czaszy, który na początku sceny był naładowany ujemnie. Jednak w trakcie ruchu pałeczki elektrony te nie odpłynęły do Ziemi. Rozłożyły się one po całej dostępnej powierzchni części przewodzących elektroskopu: po czaszy, po osi i po wskazówce. Jakkolwiek paradoksalnie to zabrzmi, ale za pomocą dodatnio naładowanej pałeczki, odpowiednio wykorzystując indukcję elektrostatyczną oraz uziemienie, elektroskop naładowaliśmy ujemnie.
Na koniec odrobina magii
W nauce nie ma magii - tę cechę jedni uważają za skrajnie niekorzystną, inni wręcz przeciwnie, podnoszą ją do rangi pozytywnego wyróżnika nauki. Wszyscy niemal zgadzają się jednak, że z wielu aspektów nauk przyrodniczych można uczynić przedstawienie. Taka możliwość w pierwszej kolejności dotyczy strony eksperymentalnej. W ramach „Grande Finale” swego przedstawienia lub po prostu „na bis”, możesz wykonać dwa nietypowe pokazy. Nie zawsze się one udają, wymagają sprzyjających warunków. Ale warto spróbować, oczywiście wcześniej poćwiczywszy.
1. Elektryzowanie z wełną, ale bez pocierania.
Wybierz do eksperymentu raczej pałeczkę ebonitową i gruby kawałek wełny. Upewnij się, że pałeczka jest rozładowana - w tym celu dotknij nią elektroskopu. Nie powinien się on wychylić. Chwyć wełnę w dłoń i obejmij nią pałeczkę. Przyciśnij mocno wełnę do pałeczki, ale nie przesuwaj jej wzdłuż pałeczki. O wykonanie tej czynności - dla lepszego efektu - możesz poprosić kogokolwiek z widowni. Przytknij teraz pałeczkę do elektroskopu - jego wskazówka powinna się wychylić, choć na ogół efekt nie jest duży. No cóż, mimo przyciśnięcia wełny do pałeczki, powierzchnia styku nie była tak duża, jak przy pocieraniu. Natomiast tam, gdzie styk wystąpił, elektrony przeniosły się na pałeczkę ze względu na różnicę we właściwościach elektrycznych pomiędzy powierzchnią pałeczki a powierzchnią wełny. Taki przeskok jest procesem egzoenergetycznym, zachodzi on samoistnie. Pocieranie zapewnia zwiększenie powierzchni styku oraz niewielką odległość pomiędzy powierzchniami pałeczki i wełny.
2. Elektryzowanie bez wełny, ale z pocieraniem.
Do tego pokazu lepszym wyborem także będzie pałeczka ebonitowa. Zbędna za to jest wełna czy jakikolwiek inny materiał, typowo używany w doświadczeniach z elektrostatyki. Upewnij się, że pałeczka jest rozładowana - w tym celu dotknij nią elektroskopu. Nie powinien się on wychylić. To standardowa procedura wstępna. Chwyć mocno pałeczkę w dłoń i wykonaj nią energiczny zamach - najlepiej w kierunku od góry do dołu, na podobieństwo serwisu tenisowego. Wykorzystaj całą długość ramienia i ręki. Przytknij pałeczkę do elektroskopu - jego wskazówka powinna się wychylić, choć na ogół efekt jest naprawdę niewielki. Skąd w ogóle wzięło się naładowanie? Powietrze to materia, choć jego gęstość jest o trzy rzędy wielkości mniejsza od typowego ciała stałego. Jeśli jednak zapewnimy styk pałeczki z możliwe dużą ilością powietrza - temu służy szybkie jej przesunięcie - to możemy liczyć na osadzenie się na niej wystarczającej liczby elektronów, by spowodować zauważalne wychylenie wskazówki elektroskopu.
