Elektryzowanie ciał przez tarcie i dotyk

Playlista: Elektrostatyka

Z tego filmu dowiesz się:


  • na czym polega proces elektryzowania ciał przez tarcie i dotyk,
  • jaka jest budowa oraz zasada działania elektroskopu,
  • jak doświadczalnie pokazać zjawiska elektryzowania przez tarcie lub dotyk.

Podstawa programowa


Autorzy i materiały

Lista wszystkich autorów


Tutor: Dobrawa Szlachcikowska

Konsultacja: Anna Soliwocka

Materiały: Agnieszka Opalińska

Korekta: Małgorzata Załoga

Opracowanie dźwięku: Aleksander Margasiński

Produkcja


Katalyst Education

Wiedza niezbędna do zrozumienia tematu

Aby w pełni zrozumieć materiał zawarty w tej playliście, upewnij się, że masz opanowane poniższe zagadnienia.

Udostępnianie w zewnętrznych narzędziach

Korzystając z poniższych funkcjonalności możesz dodać ten zasób do swoich narzędzi.

Kliknij w ikonkę, aby udostępnić ten zasób

Google Classroom
Microsoft Teams

Kliknij w ikonkę, aby skopiować link do tego zasobu

Link do tej strony
Link do filmu na YouTube

Transkrypcja

Kliknij na zdanie, aby przewinąć wideo do tego miejsca.

Czy wiesz, jak działa drukarka laserowa? Tworzenie obrazu zaczyna się od naelektryzowania obrotowego bębna. Następnie na obszary bębna które mają zostać niezadrukowane kieruje się światło lasera które neutralizuje ładunki elektryczne w tych miejscach. Kolejnym krokiem jest naelektryzowanie specjalnego proszku ładunkiem przeciwnym do tego, jaki ma bęben. Dzięki temu zabiegowi proszek przykleja się do miejsc które mają zostać zadrukowane. Teraz wystarczy przenieść obraz na kartkę i utrwalić za pomocą temperatury. Wydruk gotowy. Jeśli udało ci się obejrzeć nasz poprzedni film z tej playlisty to wiesz już, że podczas czesania włosów część ładunków ujemnych przechodzi z nich na powierzchnię grzebienia. Grzebień uzyskuje ładunek ujemny a włosy dodatni przez co się elektryzują. Taki sposób elektryzowania nazywamy elektryzowaniem przez tarcie Inne ciała także da się naelektryzować tą metodą. Aby to sprawdzić, zróbmy eksperyment. Potrzebne nam będą: balony, nitka i sweter lub koc. Najlepiej wełniany. Kiedy potrzemy zawieszone na nitkach balony o powierzchnię koca a następnie spróbujemy do siebie zbliżyć będą się one wzajemnie odpychały. Jeśli natomiast potrzemy czubkiem balona o koc to siła przyciągania między kocem a balonem będzie na tyle silna, że balon będzie stał na potartym czubku. W tym doświadczeniu balon ładuje się ujemnie, czyli na jego powierzchnię przenosi się część elektronów z koca. Koc po potarciu ma ładunek dodatni. Dlatego właśnie dwa ujemnie naładowane balony odpychają się. A koc i balon przyciągają. Jeśli chcesz przeprowadzić podobne doświadczenie w domu, ale nie masz na stanie balonów, nic nie szkodzi. Podobny efekt uzyskasz pocierając kawałkiem tkaniny dwie plastikowe słomki. Tu warto zaznaczyć, że pocierając dwa ciała, zawsze jedno z nich ładuje się dodatnio, a drugie ujemnie. Ale wartość bezwzględna ładunku będzie taka sama. Co to znaczy? Jeśli jedno ciało zyska ładunek +5 mikrokulombów to drugie: –5. To logiczne, biorąc pod uwagę że jeśli z jednego ciała zetrzemy jakąś ilość elektronów to dokładnie taka sama ich liczba pojawi się na drugim. Włosy, plastikowy grzebień, słomki czy balony to ciała, w których elektrony nie mogą się swobodnie poruszać. Ładunki mogą powstawać co najwyżej na ich powierzchni. Takie ciała nazywamy izolatorami. Należą do nich także drewno szkło, ceramika woda destylowana i powietrze. Jeśli znasz nasz film o ładunkach jedno- i różnoimiennych to wiesz, że w metalach sprawa ma się inaczej. Tam ładunki przemieszczają się swobodnie w całej objętości ciała. Metale zaliczamy więc do przewodników. A co by się zatem stało, gdybyśmy chcieli naelektryzować metal przez tarcie? Weźmy kartkę, woreczek foliowy i kawałek folii aluminiowej. Jeśli potrzemy woreczkiem foliowym o papier następuje przeniesienie ładunku i folia przykleja się do papieru tak, jak miało to miejsce w przypadku balona i koca. Jeśli natomiast powtórzymy tę czynność z kawałkiem folii aluminiowej to przyciąganie nie wystąpi. Czy to oznacza, że metalu nie da się naelektryzować? To nie tak. Brak ładunku na powierzchni metalu to efekt jego zdolności do przewodzenia. Nadmiar ładunków natychmiast przepływa przez folię i rękę do ziemi. Tak, tak – my też jesteśmy niezłymi przewodnikami. Jeśli więc metal pozbył się nadmiarowego ładunku to między nim a kartką nie ma oddziaływania. Nie znaczy to, że metalu nie można naelektryzować. Musimy mu tylko uniemożliwić przekazanie ładunków dalej. A więc go odizolować. W tym celu możemy kawałki folii aluminiowej lub zrobione z niej kulki powiesić na nitkach. Trudno nam będzie je potrzeć bez dotykania ale możemy tu zastosować inną metodę. Jeśli weźmiemy wcześniej naładowaną ujemnie linijkę i dotkniemy nią obu kawałków to część ładunku przejdzie z niej na folię aluminiową i mamy odpychanie. Dzięki temu doświadczeniu poznaliśmy drugi sposób na elektryzowanie ciał. Elektryzowanie przez dotyk. Tę formę elektryzowania możemy także obserwować używając do tego celu elektroskopu. Ale to już po przerwie na orzeszka. Elektroskop to proste urządzenie służące do wykrywania ładunków. Składa się z metalowego pręta zakończonego najczęściej u góry kulką. Na jego drugim końcu znajdują się luźno zawieszone dwa metalowe listki. Kiedy dotkniemy naładowanym ujemnie ciałem kulki elektroskopu to nadmiar elektronów przemieści się przez przewodnik aż do listków. Ponieważ oba będą naładowane ujemnie zaczną się odpychać. Jeśli natomiast elektroskopu dotkniemy ciałem naładowanym dodatnio – czyli takim, na powierzchni którego mamy niedobór elektronów – to część elektronów z elektroskopu przejdzie na to ciało, aby wyrównać ładunek. Elektroskop naładuje się więc dodatnio a listki zareagują tak samo jak w poprzednim przypadku. To dlatego, że – jak pamiętasz – ładunki jednoimienne zawsze się odpychają. Aby listki opadły, wystarczy dotknąć ręką kulki elektroskopu. Nadmiar ładunków natychmiast wykorzysta nasze ciało jako przewodnik i spłynie do ziemi lub z tej ziemi przepłynie na elektroskop jeśli był naładowany dodatnio. Przenoszenie ładunku przez dotyk dwóch ciał możemy porównać z otwarciem śluzy. Woda będzie przelewała się aż do wyrównania poziomów. Jeśli zetkniemy ze sobą dwa ciała o różnych ładunkach, to elektrony tak się przemieszczą, aby ten ładunek wyrównać. Płynnie ten proces będzie przebiegał tylko w przewodnikach. W izolatorach elektrony mogą się przemieścić tylko na styku ciał, ponieważ nie mogą się w nich swobodnie poruszać. Dlatego też o rzeczywistym wyrównaniu ładunków możemy mówić tylko w przypadku przepływu elektronów między przewodnikami. I o tym właśnie jest zadanie które teraz razem rozwiążemy. Jeśli zetkniemy ze sobą dwie identyczne kulki z przewodnika – jedną o ładunku +8 mikrokulombów a drugą o ładunku –12 mikrokulombów – to jaki ładunek na każdej z nich otrzymamy? Łączny ładunek tych kulek to 8… minus 12… czyli –4 mikrokulomby. Jeśli ma się on równo rozłożyć to na każdej z nich będzie po –2 mikrokulomby. Jak widzisz, ładunki nigdzie nie znikają. Mogą się przenosić z jednego ciała na drugie przez tarcie lub dotyk ale łączna wartość ładunku ciał nigdy nie ulega zmianie. W ten sposób sformułowaliśmy zasadę zachowania ładunku. Teraz zadanie dla ciebie. Jeśli weźmiemy jeszcze raz te same kulki ale teraz ich ładunki początkowe to +15 mikrokulombów i –7 mikrokulombów to jaki ładunek będzie miała każda z tych kulek po zetknięciu? Mówisz, że każda będzie miała ładunek +4 mikrokulombów? Dokładnie tak. Ciała możemy elektryzować przez tarcie lub przez dotyk. Przez tarcie możemy naelektryzować dwa ciała początkowo nie posiadające ładunku. W wyniku przemieszczenia elektronów jedno z nich ładuje się dodatnio a drugie ujemnie. Elektryzowanie przez dotyk możemy przeprowadzić kiedy przynajmniej jedno z ciał jest naelektryzowane. W izolatorach dochodzi tylko do elektryzowania powierzchni. W przewodnikach możemy naelektryzować całą objętość ciała. A teraz ty zupełnie na przekór fizyce przekaż nam pewien ładunek. Ładunek pozytywnych emocji. Może być w formie łapki w górę.

Pobieranie materiałów

Poniższe materiały są udostępniane na otwartej licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0.

cc-by

Ćwiczenia

Interaktywne ćwiczenia związane z tą wideolekcją.

Materiały dodatkowe

Inne zasoby do wykorzystania podczas zajęć z tego tematu.

Elektryzowanie ciał przez tarcie i dotyk

Scenariusz: Pobierz

Uwaga: Scenariusz jest przeznaczony wyłącznie dla nauczycieli, dlatego został zabezpieczony hasłem. Jeśli jesteś nauczycielem i chcesz je uzyskać, napisz do nas podając dane szkoły.

Elektryzowanie ciał przez tarcie i dotyk

Karta pracy dla ucznia: Pobierz
Instrukcja dla nauczyciela: Pobierz

Uwaga: Instrukcja dla nauczyciela jest przeznaczona wyłącznie dla nauczycieli, dlatego została zabezpieczona hasłem. Jeśli jesteś nauczycielem i chcesz je uzyskać, napisz do nas podając dane szkoły.

Model elektroskopu

Karta pracy dla ucznia: Pobierz
Instrukcja dla nauczyciela: Pobierz

Uwaga: Instrukcja dla nauczyciela jest przeznaczona wyłącznie dla nauczycieli, dlatego została zabezpieczona hasłem. Jeśli jesteś nauczycielem i chcesz je uzyskać, napisz do nas podając dane szkoły.

Elektryzowanie ciał przez tarcie

Karta pracy dla ucznia: Pobierz
Instrukcja dla nauczyciela: Pobierz

Uwaga: Instrukcja dla nauczyciela jest przeznaczona wyłącznie dla nauczycieli, dlatego została zabezpieczona hasłem. Jeśli jesteś nauczycielem i chcesz je uzyskać, napisz do nas podając dane szkoły.

Elektryzowanie ciała przez pocieranie

Karta pracy dla ucznia: Pobierz
Instrukcja dla nauczyciela: Pobierz

Uwaga: Instrukcja dla nauczyciela jest przeznaczona wyłącznie dla nauczycieli, dlatego została zabezpieczona hasłem. Jeśli jesteś nauczycielem i chcesz je uzyskać, napisz do nas podając dane szkoły.

Wirtualne laboratorium PhET: John Trawoltaż

Wirtualne laboratorium PhET: Elektryzowanie balonów