Įelektrintų kūnų sąveika

Naujos sąvokos:

elektrostatinė jėga, kulonas, vienavardžiai elektros krūviai, įvairiavardžiai elektros krūviai, elektroskopas

Įelektrintų kūnų sąveikos pavyzdžiai

Skirtinga įelektrintų kūnų sąveika aptikta seniai. Dar 1733 metais Šarlis diu Fė (Charles du Fay, 1698–1739) pastebėjo, kad į audinį patrinti stiklo ir dervos rutuliukai vienas kitą traukia (1.2.1 pav., a), o į tą patį audinį patrinti du stiklo ar dervos rutuliukai vienas kitą stumia (1.2.1 pav., b).

1.2.1 pav., a

1.2.1 pav., b

Įelektrintų kūnų sąveikos ypatumus atskleidžia nesudėtingi bandymai.

1 bandymas. Ant izoliacinio stovo pritvirtinama lengva aliuminio folijos tūtelė (1.2.2 pav.). Paliesta teigiamai įelektrinta stikline lazdele tūtelė įgyja teigiamąjį krūvį. Prie aliuminio folijos tūtelės priartinus neigiamai įelektrintą ebonitinę lazdelę tūtelė pakrypsta link jos. Vadinasi, įvairiavardžiais krūviais (teigiamuoju ir neigiamuoju) įelektrinti kūnai vienas kitą traukia.

1.2.2 pav.

2 bandymas. Ebonitinė lazdelė patrinama į kailį ir pakabinama ant siūlo, pririšto prie stovo (1.2.3 pav.). Prie jos priartinama kita į tą patį kailį patrinta ebonitinė lazdelė. Lazdelės stumia viena kitą, nes abi įelektrintos neigiamai. Taigi, kūnai, įelektrinti vienavardžiais krūviais, vienas kitą stumia.

1.2.3 pav.

3 bandymas. Dvi skirtingo dydžio putų polistireno lėkštės patrinamos šluoste. Ant apverstos didesnės lėkštės padėta mažesnė lėkštė pakyla nuo jos ir nuskrieja (1.2.4 pav.). Skriejimo priežastis – lėkščių vienavardžių elektros krūvių sąveika.

1.2.4 pav.

Apibendrinant įelektrintų kūnų sąveiką galima teigti, kad vienavardžiais krūviais įelektrinti kūnai vienas kitą stumia, o įelektrinti įvairiavardžiais traukia.

Daugiau

Elektroskopas

Elektros krūvis – nematoma kūno savybė. Pažvelgus į stiklinį ar dervos rutuliuką neįmanoma nustatyti, ar jis įelektrintas (1.2.1 pav., a). Nustatyti, ar kūnas įelektrintas, padeda elektroskopas (gr. ēlektron – gintaras + skopeō – žiūriu) (1.2.5 pav.). Šio prietaiso veikimas pagrįstas įelektrintų kūnų sąveika. Elektroskopą sudaro metalinis virbalas (1), aliuminio folijos juostelės (2), metalinis korpusas (3), plastikinis arba guminis žiedas (4), atskiriantis metalinį korpusą nuo metalinio virbalo, stiklinis dangtelis (5) ir tuščiaviduris rutulys (6). Mokykloje naudojami dvejopos konstrukcijos elektroskopai – su aliuminio folijos juostelėmis (1.2.5 pav., a) ir su metaline rodykle (1.2.5 pav., b).

1.2.5 pav., a

1.2.5 pav., b

1.2.6 paveiksle pavaizduotas namų sąlygomis pagamintas elektroskopas. Jį sudaro metalinis virbalas su kabliuku (1) ir dvi popierinės juostelės. (2). Virbalas perkištas per plastikinį dangtelį (3), kuris dengia stiklinę (4). Neigiamai įelektrinta ebonitine lazdele palietus virbalą laisvieji elektronai iš lazdelės pereina į virbalą ir popierines juosteles. Abi juostelės įgyja neigiamąjį krūvį. Vienavardžiais krūviais įelektrintos popierinės juostelės ima stumti viena kitą ir prasiskleidžia.

1.2.6 pav.

Daugiau

Elektros krūvio matavimo vienetas. Įelektrintų kūnų sąveikos dėsningumai

Įelektrintų kūnų sąveiką nagrinėjo prancūzų karo inžinierius, tvirtovių statybos specialistas Šarlis Ogiustenas de Kulonas (Charles Augustin de Coulomb, 1736–1806). Atlikdamas bandymus jis apskaičiavo sąveikos jėgos tarp nejudančių elektros krūvių didumą. Sąveikos jėga, atsirandanti tarp nejudančių įelektrintų kūnų, vadinama elektrostatine jėga (toliau – jėga). Šio tyrėjo garbei elektros krūvio matavimo vienetas buvo pavadintas kulonu (žymimas C). Kulonas – tai elektros krūvis, lygus 6,25 ⋅ 10¹⁸ elementariųjų (elektrono arba protono) krūvių e:

1 C = 6,25 ⋅ 10¹⁸e.

1 C – labai didelis elektros krūvis. Pavyzdžiui, dviejų krūvių, kurių kiekvieno skaitinė vertė lygi 1 C ir kurie nutolę vienas nuo kito 1 km atstumu, sąveikos jėga nedaug mažesnė už jėgą, kuria Žemė traukia ant jos paviršiaus esantį 1 t masės krovinį.

Atlikęs bandymus Š. O. de Kulonas nustatė, kad įelektrintų kūnų sąveikos jėga priklauso nuo jų krūvio dydžio, atstumo tarp įelektrintų kūnų ir terpės. Šiuos dėsningumus galima patikrinti nesudėtingais bandymais. Ant vienodo ilgio siūlų pakabinami du rutuliukai ir įelektrinami teigiamai (1.2.7 pav., a). Vienavardžiais krūviais įelektrinti rutuliukai vienas kitą stumia ir atsilenkia nuo pradinės padėties tam tikru kampu. Labiau įelektrinti rutuliukai stipriau veikia vienas kitą, todėl atsilenkimo kampas nuo pradinės padėties padidėja (1.2.7 pav., b). Vadinasi, sąveika tarp kūnų priklauso nuo krūvio dydžio. Kuo didesnį krūvį įgyja kūnai, tuo stipriau veikia vienas kitą. Tokia priklausomybė vadinama tiesiogine. Ją galima patikrinti ir elektroskopu (1.2.5 pav.). Stipriau patrinta ebonitinė lazdelė įgyja didesnį krūvį. Lazdele palietus elektroskopo virbalą jo juostelės prasiskleidžia didesniu kampu dėl įgyto didesnio elektros krūvio.

Įelektrintų kūnų sąveikos jėga priklauso nuo atstumo tarp įelektrintų rutuliukų (1.2.7 pav., c). Sumažinus atstumą tarp įelektrintų rutuliukų jų sąveikos jėga labai stipriai padidėja, o atstumą padidinus labai stipriai sumažėja. Naudodamas tikslius prietaisus Š. O. de Kulonas įrodė, kad sąveikos jėgos didumas tarp įelektrintų kūnų yra atvirkščiai proporcingas atstumo kvadratui. Pavyzdžiui, atstumą tarp įelektrintų rutuliukų padidinus du kartus sąveikos jėga sumažėja net keturis kartus.

Įelektrintų kūnų sąveika priklauso nuo terpės. Įelektrintus rutuliukus (1.2.7 pav.) panardinus į žibalą arba alyvą jų sąveikos jėga sumažėja. Įelektrinti rutuliukai nuo pradinės padėties atsilenkia mažesniu kampu.

Daugiau

Klausimai ir užduotys

Kokie elektros krūviai egzistuoja gamtoje? Kokie bandymai tai patvirtina?
Kam skirtas elektroskopas? Kokios pagrindinės jo sudėtinės dalys?
Prie elektroskopo priartinus teigiamai įelektrintą stiklinę lazdelę jo aliuminio folijos juostelės prasiskleidė. Paaiškinkite šį reiškinį.
Remdamiesi 1.2.8 paveikslu, kuriame pavaizduoti elektroskopai, atsakykite į klausimus.
1. Kuris elektroskopas neįelektrintas?
2. Kurie elektroskopai įelektrinti stipriausiai?

1.2.8 pav.

Atlikite bandymą su iš čiaupo tekančio vandens srove ir įelektrintais kūnais.
1. Paimkite vilnonę medžiagą, patrinkite į ją šukas (arba plastikinį rašiklį) ir priartinkite jas prie vandens srovės. Paaiškinkite stebimą reiškinį. Padidinkite, o paskui sumažinkite atstumą tarp įelektrintų šukų ir vandens srovės. Kaip keičiasi sąveika tarp vandens srovės ir šukų, keičiant atstumą tarp jų?
2. Pakartokite šį bandymą su pripūstu balionu, patrintu į plaukus arba megztinį.
Paimkite du pripūstus balionus ir juos įelektrinkite patrindami į vilnonį audinį. Pakabinkite balionus ant to paties kabliuko. Paaiškinkite stebimą reiškinį.
Įelektrinta lazdele priverskite judėti muilo burbulus. Ant stalo paviršiaus paliekite muiluoto vandens. Šiaudeliu išpūskite porą muilo burbulų. Įelektrintą lazdelę priartinkite prie muilo burbulų ir judinkite jų atžvilgiu. Ką pastebite? Paaiškinkite stebimą reiškinį.
Paaiškinkite, kaip pasikeičia sąveikos jėga tarp dviejų įelektrintų rutuliukų:
1. padidinus jų krūvį;
2. du kartus padidinus atstumą tarp jų;
3. tarp rutuliukų įstačius stiklinę plokštelę.

Daugiau