Indukcja elektrostatyczna którą poznasz w tej lekcji może mieć skutki równie niszczące co wybuch dynamitu. Warunek? Zamknięte pomieszczenie pełne jak najdrobniejszego pyłu. Może to być mąka, kakao pył węglowy kurz powstały przy piłowaniu drewna nawet tradycyjnie uznawany za niepalny metal taki jak aluminium. Wszystko dlatego, że pył ma nieporównywalnie większą powierzchnię niż materiał, z którego pochodzi a pojedyncze cząstki są tak maleńkie że do ich zapalenia wystarczy dosłownie iskra taka jaka czasem przeskakuje gdy dotkniesz dłonią metalowej klamki. Potem wszystko toczy się już błyskawicznie. A powietrze rozgrzewa się tak szybko i do tak wysokich temperatur że w zamkniętej przestrzeni efektem jest spektakularny wybuch na otwartej ciężkie poparzenia. W jednej z największych katastrof tego typu ponad 500 osób ucierpiało gdy zapaliły się chmury kolorowanej skrobi kukurydzianej rozpylonej w parku rozrywki dla uciechy odwiedzających. W lekcji o elektryzowaniu ciał przez tarcie i przez dotyk poznaliśmy urządzenie służące do wykrywania ładunków czyli elektroskop. Dotykaliśmy go różnymi naładowanymi przedmiotami a także macaliśmy ręką aby go rozładować. Z elektroskopem wiąże się jeszcze jedno bardzo tajemnicze zjawisko. Jeśli weźmiemy jakieś naładowane ujemnie ciało na przykład potartą wcześniej kocykiem plastikową rurkę, a następnie zbliżymy ją do kulki elektroskopu nie dotykając jej zaobserwujemy odchylenie się listków. Jak to możliwe? Przecież ładunki nie mogły przepłynąć bo przedmioty się nie dotykały. A jednak nie możemy zaprzeczyć faktom. Elektroskop sygnalizuje pojawienie się ładunku. Nie będę już trzymała Cię w niepewności i wyjaśnię, co się stało. Pamiętaj, że elektroskop jego kula, pręt i listki zbudowane są z metalu czyli z przewodnika. Ujemnie naładowane elektrony mogą się w nim swobodnie przemieszczać. Kiedy zbliżymy ujemnie naładowaną rurkę do kuli obecne tam elektrony zaczną się odpychać. Z tym, że te w plastiku nie mają większego ruchu. Za to te w kulce są swobodne. Strzelą więc niezłego focha i przemieszczą się do dolnej części urządzenia do listków. Elektroskop zyskuje tym samym ładunek dodatni w górnym fragmencie a ujemny w dolnym. Ujemnie naładowane listki zaczną się odpychać. Jeśli jednak odsuniemy naelektryzowany pręt to elektrony w elektroskopie wracają na swoje miejsce i listki opadają. Jeśli zamiast ujemnie naładowanej rurki zbliżymy do elektroskopu coś naładowanego dodatnio to przyciągnięte elektrony zgromadzą się tym razem w jego górnej części. Dolna, zostawiona z niedomiarem ładunków ujemnych stanie się dodatnia a nasze listki znowu powędrują w górę. Taki sposób elektryzowania ciał nazywamy indukcją elektrostatyczną. W przeciwieństwie do elektryzowania przez dotyk gdzie naładowany elektroskop miał uniesione listki aż do momentu kiedy go rozładowaliśmy tu różnica ładunku w elektroskopie powstaje tylko wtedy kiedy naładowany przedmiot znajduje się w pobliżu jego kulki W podobny sposób możemy indukować ładunek także na przykład w metalowej puszce albo innych przedmiotach zbudowanych z przewodników. Gdy zbliżymy ujemnie naładowany pręt do metalowej puszki elektrony w niej uciekną jak najdalej tworząc ładunek dodatni po stronie bliżej pręta a ujemny po przeciwnej. Powstaje więc siła przyciągania między prętem, a puszką. Jednocześnie powstaje też między nimi siła odpychania wynikająca z nadmiaru elektronów zgromadzonych po przeciwnej niż pręt stronie puszki. Ale jest to siła słabsza bo minus puszki jest dalej od minusa pręta. Silniejsza siła przyciągania sprawia że puszka turla się w kierunku pręta. Tu pojawia się pytanie. Czy ten sposób sprawdzi się także dla izolatorów? W pierwszym odruchu powiedzielibyśmy że nie bo przecież skoro w izolatorze ładunki nie mogą się przemieszczać po całej jego objętości to gdzie miałyby uciec. By potwierdzić naszą teorię zróbmy doświadczenie. Będzie nam potrzebna plastikowa linijka sweter i skrawki papieru. Elektryzujemy linijkę w znany już nam sposób pocierając swetrem a następnie zbliżamy ją do nienaelektryzowanych skrawków papieru i... Szok, niedowierzanie, konsternacja. Skrawki papieru przykleiły się do linijki choć przecież papier to izolator. Aby wyjaśnić to zjawisko znów musimy nieco przybliżyć sobie rzeczywistość i przyjrzeć się pojedynczym atomom w skrawku papieru. Elektrony w takim atomie są związane z konkretnym jądrem. Nie mogą uciec w inny obszar papieru. W obrębie swojej powłoki mogą jednak przemieszczać się swobodnie. Jeśli więc zbliżymy do powierzchni papieru ciało o ładunku ujemnym elektrony odsuną się od niego tak daleko, jak mogą. Każdy pojedynczy atom na powierzchni papieru stanie się dipolem czyli cząstką o dwóch biegunach dodatnim i ujemnym. Powstałe przyciąganie jest dużo słabsze niż w przypadku puszki. Dlatego gdybyśmy przesunęli linijkę do całej kartki zapewne by się nie poruszyła. Taka siła wystarczy jednak, aby unieść małe i lekkie kawałeczki papieru. Jak widzisz, indukcja elektrostatyczna może zachodzić w przewodnikach i w izolatorach. W tych pierwszych dzieje się to przez przemieszczenie elektronów w całej objętości ciała w drugich tylko w obrębie powłok elektronowych. Na koniec rozładujmy trochę napięcia. Metaforycznie rzecz jasna ale zjawisko, które wyjaśnimy znane jest każdemu bo każdy chyba widział burzę z piorunami. Kiedy ktoś jest bardzo zły mówimy o nim, że jest naładowany jak chmura burzowa. Ale czy taka chmura jest rzeczywiście naładowana? Ależ tak. Mogę Ci nawet zdradzić, jakim sposobem. Otóż w chmurze znajdują się krople wody i bryłki lodu. Lód jako lżejszy przemieszcza się w górne partie chmury trąc po drodze o kropelki wody poruszające się w przeciwnym kierunku. W wyniku tego tarcia+ kryształki lodu ładują się dodatnio a krople wody ujemnie. W efekcie dolna powierzchnia chmury gromadzi duży ładunek ujemny. Gdy wisi nad powierzchnią Ziemi działa na nią niczym naelektryzowana rurka na elektroskop. Ziemia ładuje się dodatnio w skutek indukcji elektrostatycznej. Gdy miarka się przebierze i różnica ładunków przekroczy wartość graniczną następuje przebicie nieprzewodzącej warstwy powietrza czyli wyładowanie. My obserwujemy je jako błyskawicę a słyszymy jako grzmot. Na zakończenie zadanie domowe dla Ciebie. Poszukaj w domu pustej puszki po napoju i wykonaj doświadczenie z jej turlaniem samodzielnie. Zamiast rurki świetnie sprawdzi się plastikowa linijka. Zobaczysz, jakie to wciągające. Nietrwałym sposobem elektryzowania ciał jest indukcja elektrostatyczna. W wyniku zbliżenia ciała naładowanego do ciała bez ładunku w tym drugim następuje chwilowe przemieszczenie elektronów. W przewodnikach to przemieszczenie zachodzi w całej objętości ciała w izolatorach na poziomie poszczególnych atomów. Po odsunięciu ciał od siebie elektrony w ciele elektryzowanym wracają do stanu wyjściowego a samo ciało traci wyindukowany ładunek. Jeśli po tym filmie czujesz indukowane przyciąganie do fizyki to teraz wystarczy trzymać się blisko pi-stacji i regularnie wpadać na nowe filmy z fizyki.