Ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις

Transcript

1 Ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις Στοιχεία θεωρίας: ένα σώµα µπορούµε να το φορτίσουµε µε τους ακόλουθους τρεις τρόπους: 1) Με τριβή, τρίβοντας την επιφάνειά του µε κάποιο κατάλληλο σώµα όπως πλαστικό ή ύφασµα κ.α. 2) Με επαφή, αν έρθει σε επαφή µε ένα ήδη φορτισµένο σώµα. 3) Με επαγωγή, όταν πλησιάσει ένα ήδη φορτισµένο σώµα, χωρίς να έρθουν σε επαφή. Απαραίτητα υλικά: Ηλεκτρικό εκκρεµές Ηλεκτροσκόπιο Ηλεκτροστατικός κύλινδρος Πλαστικός χάρακας Βιβλίο µάλλινη επιφάνεια για τριβή Ηλεκτροστατική µηχανή Wimshurst Ηλεκτρικός θύσανος Πειραµατική διαδικασία: Φόρτιση µε τριβή και µε επαφή: Α) Χρησιµοποιείστε το ηλεκτρικό εκκρεµές, ένα πλαστικό χάρακα και ένα βιβλίο ή µάλλινο ύφασµα: Χωρίς να τρίψετε τον χάρακα πλησιάστε στον στο ηλεκτρικό εκκρεµές. Τι Είναι λογικό να µην παρατηρηθεί καµία κίνηση των µικρών κοµµατιών από φελιζόλ που κρέµονται από το εκκρεµές, αφού δεν υπάρχει φορτίο στον χάρακα:

2 Στη συνέχεια τρίψτε τον χάρακα ανάµεσα στις σελίδες ενός βιβλίου ή σε ένα µάλλινο ύφασµα (ή και σε Τζην παντελόνι) και πλησιάστε τον πάλι στο ηλεκτρικό εκκρεµές. Τι Λόγω του φορτίου από τριβή που έχει αποκτήσει ο χάρακας τα κοµµατάκια φελιζόλ έλκονται από αυτόν: Κατόπιν πλησιάστε τον σε κοµµένα χαρτάκια, χωρίς να τον έχετε τρίψει. Τι Είναι λογικό να µην παρατηρηθεί καµία κίνηση των χαρτιών, αφού δεν υπάρχει φορτίο στον χάρακα. Στη συνέχεια τρίψτε τον χάρακα ανάµεσα στις σελίδες ενός βιβλίου ή σε ένα µάλλινο ύφασµα (ή και σε Τζην παντελόνι) και πλησιάστε τον πάλι στα χαρτάκια. Τι Λόγω του φορτίου από τριβή που έχει αποκτήσει ο χάρακας τα χαρτάκια έλκονται από αυτόν:

3 Β) Χρησιµοποιήστε τον πλαστικό χάρακα, ένα βιβλίο ή µάλλινο ύφασµα για τριβή και ένα ηλεκτροσκόπιο. «Το ηλεκτροσκόπιο στο εσωτερικό του έχει δύο µεταλλικά ελάσµατα. Όταν έρθει σε επαφή µε ένα φορτισµένο σώµα τότε αποκτά και το ηλεκτροσκόπιο όµοιο φορτίο το οποίο µεταφέρεται και στα ελάσµατά του. Αυτά µε τη σειρά τους λόγω του ίδιου φορτίου που αποκτούν απωθούνται κι έτσι διαπιστώνουµε την ύπαρξη φορτίου στο σώµα που πλησιάσαµε αρχικά. Λόγω αυτής της απώθησης σχηµατίζουν µια γωνία µε το ακίνητο µέρος και όσο µεγαλύτερη είναι η γωνία αυτή τόσο µεγαλύτερο είναι και το φορτίο του φορτισµένου σώµατος που φέραµε σε επαφή. Για να το εκφορτίσουµε ακουµπάµε µε το χέρι µας τον δίσκο του και τα ελάσµατα επανέρχονται στην αρχική θέση ισορροπίας». Χωρίς να τρίψετε τον χάρακα ακουµπήστε τον στον δίσκο του ηλεκτροσκοπίου. Τι Λόγω έλλειψης φορτίων στον χάρακα δεν παρατηρείται καµία απόκλιση των ελασµάτων: Τρίψτε τον χάρακα στο βιβλίο ή σε ένα µάλλινο ύφασµα. Ακουµπήστε τον πάλι στον δίσκο του ηλεκτροσκοπίου. Τι Τα φορτία που έχει πλέον αποκτήσει ο χάρακας προκαλούν απόκλιση των ελασµάτων από την αρχική θέση ισορροπίας τους, γεγονός που φανερώνει την ύπαρξη φορτίων στον χάρακα:

4 Αγωγοί και µονωτές: Αγωγοί: αν φορτίσουµε µια µεταλλική επιφάνεια µε επαφή η τριβή τότε το φορτίο διαχέεται σε ολόκληρη την επιφάνεια. Τα σώµατα µε αυτή την ιδιότητα λέγονται αγωγοί (όλα τα µέταλλα: σίδηρος, χαλκός αλουµίνιο, υδράργυρος, µόλυβδος ). Φορτίστε έναν µεταλλικό κύλινδρο µε τριβή από τη µια του πλευρά. Ακουµπήστε τον στον δίσκο του ηλεκτροσκοπίου. Τι Ακουµπήστε το χέρι σας στον δίσκο του ηλεκτροσκοπίου και εκφορτίστε το. Κατόπιν τοποθετήστε την άλλη του πλευρά στον δίσκο του ηλεκτροσκοπίου. Τι Και στις δύο περιπτώσεις προκαλείται εκτροπή των ελασµάτων του ηλεκτροσκοπίου και αυτό γιατί το φορτίο του κυλίνδρου βρίσκεται σε ολόκληρη την επιφάνειά του, αφού ο κύλινδρος αποτελείται από σίδηρο που είναι αγωγός: Μονωτές: όταν το φορτίο δεν διαχέεται σε ολόκληρη την επιφάνεια του υλικού αλλά παραµένει µόνο στο τµήµα που φορτίσαµε τότε το σώµα ονοµάζεται µονωτής. Τέτοια σώµατα είναι το γυαλί το πλαστικό κ.α. Φορτίστε έναν πλαστικό χάρακα µε τριβή από τη µια του πλευρά. Ακουµπήστε τον στον δίσκο του ηλεκτροσκοπίου. Τι Ακουµπήστε το χέρι σας στον δίσκο του ηλεκτροσκοπίου και εκφορτίστε το. Κατόπιν τοποθετήστε την άλλη του πλευρά στον δίσκο του ηλεκτροσκοπίου. Τι

5 Η φορτισμένη πλευρά του χάρακα προκαλεί απόκλιση των ελασμάτων Εκφορτίζουμε με το χέρι μας το ηλεκτροσκόπιο και παρατηρούμε ότι η πλευρά του χάρακα που δεν τρίφτηκε δεν προκαλεί απόκλιση των ελασμάτων του ηλεκτροσκοπίου Παρατηρείτε ότι η πλευρά του χάρακα που τρίφτηκε προκαλεί απόκλιση των ελασµάτων του ηλεκτροσκοπίου, ενώ η πλευρά του που δεν τρίφτηκε δεν προκαλεί καµία απόκλιση. Αυτό οφείλεται στο γεγονός πως ο χάρακας που είναι από πλαστικό είναι µονωτής και τα φορτία του παραµένουν στη µια πλευρά του. Φόρτιση µε επαγωγή: Έχοντας εκφορτισµένο το ηλεκτροσκόπιο τοποθετήστε το µεταλλικό κύλινδρο στον δίσκο του. κατόπιν φορτίστε µε τριβή τον χάρακα (ανάµεσα σε σελίδες ενός βιβλίου ή σε µάλλινο ύφασµα). Πλησιάστε τον χάρακα πάνω από τον κύλινδρο, χωρίς να έρθουν σε επαφή. Τι Ο χάρακας που είναι φορτισµένος φορτίζει τον µεταλλικό κύλινδρο µε επαγωγή µε αποτέλεσµα τα µεταλλικά ελάσµατα του ηλεκτροσκοπίου να αποκλίνουν:

6 Αποµακρύνεται στη συνέχεια τον κύλινδρο και µετά τον χάρακα. Τι Τα φύλλα του ηλεκτροσκοπίου παραµένουν σε απόκλιση λόγω του φορτίου που απέκτησαν από επαγωγή. Για να επανέλθουν στην θέση ισορροπίας τους πρέπει να τα εκφορτίσουµε εµείς ακουµπώντας το χέρι µας στον δίσκο του ηλεκτροσκοπίου: Ένα ακόµα ενδιαφέρον πείραµα είναι το εξής: Αδειάστε ένα µεταλλικό κουτάκι από αναψυκτικό. Πλησιάστε έναν αφόρτιστο χάρακα. Τι Ο χάρακας είναι αφόρτιστος, άρα δεν παρατηρείται καµία κίνηση του µεταλλικού κουτιού. Στη συνέχεια τρίψτε τον χάρακα ανάµεσα στις σελίδες ενός βιβλίου ή σε ένα µάλλινο ύφασµα (ή και σε Τζην παντελόνι) και πλησιάστε τον πάλι στο µεταλλικό κουτί. Τι Λόγω του φορτίου από τριβή που έχει αποκτήσει ο χάρακας το µεταλλικό κουτί έλκεται από αυτόν και κινείται προς το µέρος του:

7 Αποτύπωση δυναµικών γραµµών µέσω ηλεκτροστατικής µηχανής Wimshurst Απαιτούµενα υλικά: Ηλεκτροστατική µηχανή Wimshurst Ηλεκτρικός θύσανος µε νήµατα Καλώδιο (κροκοδειλάκι) Συνδέστε τον ηλεκτρικό θύσανο µε τη µηχανή Wimshurst. Κατόπιν θέστε τη µηχανή σε λειτουργία. Παρατηρείτε τα νήµατα του ηλεκτρικού θυσάνου να ανασηκώνονται και να σχηµατίζουν τις δυναµικές γραµµές που δηµιουργεί ένα ακίνητο ηλεκτρικό φορτίο: