Условие
Два тела потёрли друг о друга. Оказалось, что они наэлектризовались, причём их взаимодействие показывает: заряды у них противоположных знаков. Объясни, что произошло внутри вещества, почему знаки зарядов разные и почему значения зарядов обязательно совпадают. Скажи заодно, почему медный стержень в этом опыте зарядить не удаётся.
Что известно и что ищем
- Известно, что тела наэлектризовались трением и заряды противоположных знаков.
- Ищем объяснение на уровне строения атома и обоснование равенства значений зарядов.
- Дополнительно нужно объяснить разницу проводника и диэлектрика.
Ход решения
- Шаг 1. Вспоминаем строение атома. В центре — положительно заряженное ядро, вокруг него расположены отрицательно заряженные электроны. Атом в целом нейтрален: положительный и отрицательный заряды внутри него уравновешены.
- Шаг 2. Объясняем трение. При трении часть электронов может перейти с одного тела на другое. Тело, отдавшее электроны, теряет отрицательный заряд и заряжается положительно; тело, принявшее их, заряжается отрицательно. Никаких новых зарядов не появляется.
- Шаг 3. Отсюда закон сохранения заряда. Сколько электронов ушло, столько и пришло: значения зарядов двух тел равны по модулю, а знаки противоположны. Именно поэтому в природе нельзя получить тело только с положительным зарядом, не получив рядом отрицательный.
- Шаг 4. Объясняем, от чего зависит знак. Дело в том, какое из двух тел сильнее удерживает свои электроны. Заранее по названию материала это не угадать: важно знать, кто из пары удерживает электроны слабее.
- Шаг 5. Отвечаем про медный стержень. В металле электроны не привязаны к отдельным атомам, они могут перемещаться по всему телу. Такое вещество называют проводником: если в нём появился лишний заряд, электроны уходят через тело и руку в землю, и заряд не удерживается. В диэлектрике электроны связаны со своими атомами, поэтому заряд остаётся там, где возник.
Проверь себя
- Ответ: при трении электроны переходят с одного тела на другое; отдавшее электроны заряжается положительно, принявшее — отрицательно; значения зарядов равны по модулю, потому что новых зарядов не появляется; медный стержень не удерживает заряд, потому что он проводник.
- Проверка вывода: если после электризации соединить оба тела проводником, заряды взаимно уничтожатся и оба тела снова станут нейтральными. Это прямое следствие закона сохранения заряда.
- Ловушка: считать, что при трении «создаётся» положительный заряд. На самом деле тело всего лишь теряет часть отрицательного заряда.
Как объяснить ребёнку
«Представь, что в каждом атоме есть положительная сердцевина и отрицательные спутники — электроны. Трение только перегоняет спутников с одного тела на другое. Кто отдал — остался с излишком плюса, кто принял — с излишком минуса. Сколько ушло, столько и пришло: поэтому заряды двух тел обязательно одинаковы «по весу». А в металле электроны гуляют свободно и убегают из тела — металл заряд не держит».
Тема для отчёта родителю
«Строение атома, носители заряда и закон сохранения электрического заряда».
Формулировка задания — наш аналог по теме, а не текст из учебника.