Warto przeczytać

Wiemy, że ładunek elektryczny w przyrodzie nie ginie ani nie może powstać z niczego. Ciała, które nas otaczają, zawierają zwykle tyle samo ładunku dodatniego i ujemnego, dlatego są obojętne elektrycznie. W pewnych warunkach może jednak dojść do rozdzielenia ładunku dodatniego i ujemnego tak, że na jakimś ciele pozostanie nadmiar któregoś z rodzajów ładunku. Ciało zostanie w ten sposób naelektryzowane.

Ze względu na to, w jaki sposób ładunki dodatnie i ujemne zostają rozdzielone, wyróżniamy trzy sposoby elektryzowania ciał.

1. Elektryzowanie przez pocieranie.

Materia składa się z atomów. W atomie zaś wyróżniamy dodatnio naładowane jądro oraz ujemnie naładowaną „chmurę” elektronów przebywających wokół niego. Okazuje się, że niektóre atomy silniej niż inne przyciągają elektrony. Z tego powodu, kiedy powierzchnie ciał początkowo elektrycznie obojętnych, ale wykonanych z różnych materiałów, pozostają ze sobą w kontakcie (Rys. 1a.), niektóre elektrony „przechodzą” z jednego ciała na drugie (Rys. 1b.). Ciało, które zyskuje elektrony, ma ich wtedy nadmiar i staje się naładowane ujemnie; ciało, które traci elektrony, ma wtedy nadmiar protonów i staje się naładowane dodatnio (Rys. 1c.). Efekt przechodzenia elektronów z jednego ciała na drugie jest dużo silniejszy, gdy ciała są o siebie pocierane. Dzieje się tak dlatego, że kontakt między powierzchniami ciał jest wtedy dużo intensywniejszy.

RKEZuL31DE5bY

Rys. 1. Rysunek skalda się z czterech części oznaczonych literami a, b, c i d. a. Na rysunku znajdują się 2 ciała stykające się poziomymi powierzchniami. Dwie równoległe strzałki o przeciwnych zwrotach pokazują, że powierzchnie ciał pocierają o siebie. b. Na dolnym ciele narysowano znak plus, na górnym znak minus. Od plusa do minusa narysowano łuk zakończony strzałką przy znaku minus. c. Ciała nadal stykają się powierzchniami. Na dolnej powierzchni górnego ciała narysowano 4 znaki minus, które symbolizują ładunek ujemny, a na górnej powierzchni dolnego ciała narysowano 4 znaki plus, które symbolizują ładunek dodatni. d. Ciała są odsunięte od siebie. Znaki plus i minus na ich powierzchniach pozostały bez zmiany.

2. Elektryzowanie przez dotyk.

Z elektryzowaniem przez dotyk mamy do czynienia, gdy zetkniemy ciało naładowane z ciałem obojętnym elektrycznie (Rys. 2a.). Powiedzmy, że jedno z ciał jest naładowane ujemnie. Nadmiarowe ładunki ujemne (elektrony) będą miały tendencję do „ucieczki” z tego ciała do ciała obojętnego, gdyż odpychają się wzajemnie (Rys. 2b). Podobnie, gdy jedno z ciał jest naładowane dodatnio, nadmiarowe ładunki dodatnie (protony pozbawione elektronów) przyciągną elektrony z drugiego ciała (Rys. 2c).

Zjawisko to jest silnie widoczne, gdy dotykanym ciałem obojętnym jest przewodnikPrzewodnikprzewodnik elektryczny, gdyż elektrony w przewodniku mogą się swobodnie poruszać, „robiąc miejsce” kolejnym. W przypadku izolatorówIzolatorizolatorów elektrycznych, samo zetknięcie ciał nie wystarcza do widocznego ich naelektryzowania.

RWPpgueQ0Od9Z

Rys. 2. Rysunek skalda się z czterech części oznaczonych literami a, b, c i d. a. Na rysunku znajdują się dwie kulki: mniejsza z prawej strony i większa z lewej. Na większej kulce narysowano wiele znaków minus, które symbolizują ładunek ujemny. Nad tą kulką narysowano poziomą strzałkę skierowaną w prawo, która wskazuje zbliżanie się większej kulki do mniejszej. b. Kulki stykają się powierzchniami. Na większej kulce zniknęły 3 minusy, a pojawiły się one na mniejszej kulce. Trzy łuki zakończone strzałkami wskazują na przepływ ładunków z większej kulki na mniejszą. c. Kulki stykają się. Na każdej z nich znaki minus rozłożone są równomiernie w całej objętości kulek. d. Kulki są odsunięte od siebie. Znaki minus na nich pozostały bez zmiany.

3. Elektryzowanie przez indukcję.

Elektryzowanie przez indukcjęIndukcjaindukcję to inaczej elektryzowanie „na odległość”. Powiedzmy, że mamy naelektryzowane ciało A oraz obojętne ciało B. Gdy zbliżymy ciało A do ciała B (Rys. 3a.), elektrony w atomach ciała B nieznacznie się przemieszczą (Rys. 3b.), na skutek oddziaływania z ciałem A (będzie to przyciąganie – gdy ciało A jest naładowane dodatnio, odpychanie – gdy ciało A jest naładowane ujemnie). W efekcie po stronie ciała B bliższej ciału A zgromadzi się niewielki ładunek przeciwnego znaku, natomiast po stronie ciała B dalszej ciału A zgromadzi się ładunek o znaku takim samym, jak ładunek ciała A (Rys. 3c.).

Zwróć uwagę, że w czasie elektryzowania przez indukcję, całkowity ładunek elektryzowanego ciała B nie zmienia się. Zostaje jedynie rozdzielony. Jedna strona ciała B jest naelektryzowana dodatnio, druga ujemnie. Gdy ciało A zostanie odsunięte daleko od ciała B, elektrony wrócą na swoje miejsca i ciało B utraci naelektryzowanie. W odróżnieniu od elektryzowania przez pocieranie i przez dotyk, elektryzowanie przez indukcję ma charakter nietrwały.

Ryt8IKDZnduZl

Rys. 3. Rysunek skalda się z czterech części oznaczonych literami a, b, c i d. a. Na rysunku z lewej strony znajduje się pałeczka ze znakami plus, które symbolizują ładunek dodatni. Na prawo od niej narysowano kulę obojętną elektrycznie, czyli bez plusów i minusów. Nad pałeczką narysowano poziomą strzałkę skierowaną w prawo, która wskazuje zbliżanie się pałeczki do kuli. b. Pałeczka jest blisko powierzchni kuli, ale jej nie dotyka. Na powierzchni kuli od strony pałeczki narysowano trzy minusy. Na powierzchni kuli z przeciwnej strony narysowano trzy plusy. Minusy zostały obwiedzione czerwoną linią, która zaznacza obszar naelektryzowany ujemnie. Podobnie plusy zostały obwiedzione czerwoną linią, która zaznacza obszar naelektryzowany dodatnio. Do obszaru z lewej strony kuli, naładowanego ujemnie, przyłożony jest poziomy wektor siły skierowany w lewo. Jest to siła, z jaką pałeczka przyciąga ładunek ujemny na powierzchni kuli. Do obszaru z prawej strony kuli, naładowanego dodatnio, przyłożony jest poziomy wektor siły skierowany w prawo. Jest to siła, z jaką pałeczka odpycha ładunek dodatni na powierzchni kuli. c. Pałeczka oddala się od kuli, co wskazuje pozioma strzałka skierowana w lewo umieszczona nad pałeczką. Wektory sił działających na obszary naładowane na powierzchni kuli skierowane są do środka kuli, co symbolizuje przyciąganie się ładunków ujemnych i dodatnich. d. Pałeczka jest oddalona od kuli. Kula jest obojętna elektrycznie, czyli bez plusów i minusów.

Podsumowanie

Znając sposoby elektryzowania ciał, możemy łatwo wyjaśnić przyciąganie małych skrawków papieru przez grzebień. Gdy czeszemy włosy, plastikowy grzebień elektryzuje się ujemnie przez pocieranie. Gdy potem zbliżymy grzebień do obojętnego elektrycznie skrawka papieru, zostanie on naelektryzowany przez indukcję. Po stronie bliższej grzebienia na skrawku zgromadzi się ładunek dodatni, po stronie dalszej – ładunek ujemny. Siła przyciągania lub odpychania między ciałami naładowanymi jest tym mniejsza, im ciała są dalej od siebie. Ponieważ dodatnio naładowana strona papierka jest bliżej grzebienia, niż strona naładowana ujemnie, przyciąganie papierka przez grzebień przeważa nad odpychaniem i obserwujemy, że papierek unosi się i przyczepia do grzebienia. Analogicznie będzie, jeśli wykorzystamy plastikowy długopis (Rys. 4.).

R1CKtUNpEVmY2

Rys. 4. Zdjęcie przedstawia plastikowy długopis uniesiony nad powierzchnią stołu. Na stole leżą skrawki podartej kartki. Część z nich przykleiła się do długopisu.

Podczas kontaktu dwóch różnych materiałów wskutek mechanizmu kontaktowego mówi się o tryboelektryzacji, czyli tworzeniu się warstwy podwójnej na granicach kontaktu w obu materiałach. Różne materiały zestawia się ze sobą pod względem tendendencji do elektryzowania się przez pocieranie w tzw. szeregi tryboelektryczneSzereg tryboelektrycznyszeregi tryboelektryczne. Używa się ich w celu zwrócenia uwagi na względne położenia dwóch materiałów oraz ustalenia ich wzajemnego elektryzowania się oraz przewidywania znaku ładunku przenoszonego z jednej powierzchni na drugą podczas ich kontaktu. Materiał, który elektryzuje się dodatnio, znajduje się bliżej dodatniego końca szeregu, a materiał położony bliżej ujemnego końca będzie naładowany elektrycznie ujemnie. Przykładowo kontakt ołowiu z teflonem spowoduje, że ołów będzie naładowany dodatnio, a teflon ujemnie. Należy pamiętać, że o tym decyduje praca wyjścia danego materiału, co określa jego położenie w szeregu. Ogólnie materiały o wyższej wartości pracy wyjścia wykazują tendencję do nabywania elektronów od materiałów o niższej wartości pracy wyjścia.

Słowniczek