Электризация тел

§ 3. ЭЛЕКТРИЗАЦИЯ ТЕЛ

Известно, что электроны находятся на разном расстоянии от ядра атома. В связи с этим, согласно закону Кулона, взаимодействие положительно заряженных протонов ядра с электронами, расположенными в слое, ближайшем к ядру, значительно сильнее взаимодействия протонов с электронами, находящимися в наиболее удаленном слое.

Если от атомов того или иного вещества «оторвать» один или несколько таких слабо связанных (свободных) с ядром электронов, то нарушится электрическое равновесие в атомах и вещество будет заряжено положительным электричеством.

Наоборот, если у атомов вещества количество электронов больше количества протонов, то тело приобретает отрицательный заряд. Атом с отрицательным зарядом называют отрицательным  ионом.

Изменить количество электронов в атомах различных твердых материалов (наэлектризовать тела) можно, например, воздействием световой энергии, нагреванием, использованием химических процессов, деформацией кристаллов.

Электризация световой энергией. Профессор А. Г. Столетов в 1888 г. установил, что под действием света из таких материалов, как цинк, алюминий, цезий, натрий, свинец, калий и т. п., вылетают электроны и эти материалы заряжаются положительным электричеством. В этом можно убедиться на опыте.

На стержне электроскопа укрепим полированный диск из цинка. При отсутствии электрического заряда на цинке лепестки электроскопа будут опущены.

Если на диск направить световой поток (рис. 2, а), лепестки электроскопа оттолкнутся и разойдутся на некоторый угол. Это показывает, что диск электроскопа и листочки, прикрепленные к его стержню, зарядились одноименными электрическими зарядами. По углу отклонения листочков можно судить о величине заряда.

Рис.2 Приборы, определяющие электризацию тел:

а - под действием светового потока, б – при нагревании нити.

в – под действием химической реакции, г – под давлением кристалла

          Явление, при котором под воздействием света из материалов вырываются электроны, называется фотоэффектом. На использовании его основано действие фотоэлементов  (см. гл. XIV).

 Электризация нагреванием. При сильном нагревании металлов электроны приобретают такую энергию, что вылетают за пределы нагретого металла. В результате этого металл «теряет» электроны и заряжается положительно.

Если к металлической пластинке 1, помещенной в вакууме (рис. 2, б), присоединить электроскоп и нагреть нить 2, то лепестки электроскопа, отталкиваясь друг от друга, разойдутся на некоторый угол. Это объясняется тем, что из накаленной нити вылетают электроны. Через пластинку 1 они попадают на электроскоп и заряжают его.

Явление, при котором из сильно нагретых металлов в окружающую среду вылетают электроны, называется термоэлектронной эмиссией. На использовании этого явления основана работа электронных ламп (см. гл. XIII).

Электризация при химической реакции. В химических источниках электрической энергии (элементах, аккумуляторах) имеются два полюса: « + » и «—». Положительные и отрицательные заряды в них образуются в результате химических реакций окисления и восстановления, происходящих внутри элементов (рис. 2, в) и аккумуляторов. При окислении атомы вещества отдают электроны. В этом случае атомы и вещество в целом приобретают положительный заряд « + ». При химической реакции восстановления атомы вещества присоединяют к себе электроны и приобретают отрицательный заряд « —».

Электризация давлением. Материалы, у которых под действием давления возникают электрические заряды, называются пьезоэлектриками [4]. К ним относятся кварц, сегнетовая соль, фосфат аммония и др.

Если пластинку пьезоэлектрика (рис. 2, г) поместить между двумя электродами и давить на нее с силой F, то одна грань ее электризуется положительным электрическим зарядом, а противоположная — отрицательным.

При изменении направления действия сил — при растягивающем усилии — знак заряда на пьезоэлектрике изменяется. Это связано с тем, что под действием механической силы электрические заряды атомов вещества смещаются. Чем больше усилие, действующее на пьезоэлектрик, тем сильнее он электризуется. Свойства электризации пьезоэлектрика используются в автоматике и других областях новой техники.