Рекомендовано Міністерствомосвіти і науки України

КИЇВ«ГЕНЕЗА»

2009

_ _ _

ББК 22.3я721К70

Рекомендовано Міністерством освіти і науки України(наказ МОН України № 56 від 02.02.2009 р.)

Видано за рахунок державних коштів.Продаж заборонено

Відповідальні за підготовку до видання:Хоменко О.В. – головний спеціаліст МОН України;

Юрчук І.А. – методист вищої категорії Інституту інноваційнихтехнологій і змісту освіти.

Коршак, Є.В.Фізика : 9 кл. : підруч. для загальноосвіт. навч. закл. /

Є.В. Коршак, О.І. Ляшенко, В.Ф. Савченко. – К. : Генеза,2009. – 160 с. : іл.

ISBN 978=966=504=901=2.ББК 22.3я721

ISBN 978�966�504�901�2

© Коршак Є.В., Ляшенко О.І.,Савченко В.Ф., 2008

© Видавництво «Генеза», оригінал=макет, 2009

К70

Незалежні експерти:Бар’яхтар В.Г. – доктор фіз.=мат. наук, професор, академік, ди=ректор Інституту магнетизму НАН України;Головко М.В. – кандидат пед. наук, заступник директора Інститу=ту педагогіки АПН України;Бродин І.І. – кандидат фіз.=мат. наук, доцент кафедри фізики твер=дого тіла Прикарпатського національного університету ім. В. Сте=фаника;Євтушик З.Я. – методист Ковельського міського управлінняосвіти;Хоренко О.М. – учитель=методист Київського ОІПОПК;Дума О.М. – учитель=методист гімназії № 4, м. Одеса;Карпова В.М. – учитель=методист гімназії № 28, м. Запоріжжя.

_ _ _

Дорогий друже!

Цим підручником завершується вивчення фізики в основнійшколі, що є фундаментом для її поглибленого і профільноговивчення у старшій школі чи в інших загальноосвітніх та про=фесійних навчальних закладах.

Тут ти ознайомишся з цікавими і важливими для практикиелектромагнітними явищами, з найважливішими уявленнямифізики атомів та їх основними застосуваннями в галузі ядерноїенергетики, важливими для розвитку твоїх уявлень про фізич=ну картину світу, про науково=технічний прогрес.

У ході вивчення матеріалу ти здобудеш ґрунтовні знанняпро електромагнітне поле, електричний струм та його зако=номірності, про те, як проводять електричний струм різнісередовища, як попередити ураження струмом, що можутьстатися при користуванні ним.

Ще матимеш величезне задоволення від самостійногодослідження фізичних явищ під час виконання лабораторнихробіт, навчишся користуватись електричними приладами,ознайомишся з методами наукового пізнання.

Щоб полегшити тобі орієнтування в тексті підручника іполіпшити засвоєння матеріалу, у книжці застосовуються такіумовні позначення:

3

цікаві факти,додаткові відомості,дані про вчених

актуалізуючій контрольні запитання

важливо знати,запам’ятати

для додатковогочитання

Бажаємо тобі успіхів у набутті знань про природу,техніку, технології, в оволодінні вмінням застосовувати

набуті знання!

Автори

_ _ _

Засвоївши матеріал цього розділу, ви будете знати:

– що таке електричний заряд;– що таке електричне поле;– як взаємодіють заряджені тіла;– яку будову мають атоми.

Ви зможете пояснити:

– як заряджаються тіла при безпосередньому контакті тана відстані;

– чому електричні заряди мають дискретні значення;– як утворюються йони;– як встановити існування електричного поля.

Ви будете вміти:

– заряджати різні тіла;– встановлювати знаки електричних зарядів тіл.

_ _ _

Ñâ³ò åëåêòðèêèШирокого використання електричні явища набу=

ли фактично лише в XIX ст. завдяки дослідженням всесвітньовідомих учених. Це, перш за все, Шарль Кулон, Луїджі Галь=вані, Алессандро Вольта, Андре Ампер, Ганс Ерстед, Георг Ом,Майкл Фарадей, Джеймс Максвелл, Генріх Герц, ОлександрПопов та багато інших.

Щоб краще уявити значення електрики в нашому житті, по=думайте, що могло б статися, якби вона раптом зникла. Відразу

замовкли б радіоприймачі й телефо=ни, зникли б зображення з екранівтелевізорів і комп’ютерів, зупини=лися б верстати на заводах і фабри=ках, які приводяться в рух за допо=могою електричних двигунів...Навіть звичайний автомобіль незміг би рухатися, бо не працював бийого стартер, за допомогою якого

Ìàë. 1. Áëèñêàâêà

Щодня ми чуємо або вимов�ляємо слова «електрика»,«електротехніка», «електроні�ка»... В основу цих галузей по�кладені електричні явища.

5

_ _ _

запускається двигун, системи запалювання, освітлення, конт=ролю... Раптове зникнення електрики в сучасному світі спри=чинило б величезну катастрофу.

У природі є електричні явища, що супроводжують людинувсе життя, наприклад блискавки, величезні електричні розря=ди, які можуть завдати багато лиха (мал. 1). Тому здавна їх ви=вчають, щоб знайти надійний захист. Грім, що супроводитьблискавку, майже безпечний. Це звук, який виникає від рапто=вого розширення повітря, що нагрівається під час виникненняблискавки. Зайве говорити про те, що сталося б, якби переста=ла працювати сучасна електронно=обчислювальна техніка, зав=дяки якій здійснюється керування величезною кількістю ви=робничих процесів.

Вирішальна роль електричної енергії в сучасному житті по=яснюється її перевагами перед іншими видами енергії. По=пер=ше, електрична енергія найбільш універсальна, вона легко пе<ретворюється в механічну, теплову, хімічну, світлову тощо.По=друге, електричну енергію зручно розподіляти між най<різноманітнішими споживачами. Навіть у вашій квартирі відоднієї електромережі живляться радіоприймач і телевізор,електрична лампа і холодильник, електрична праска і запи=суючі та відтворюючі інформацію прилади. По=третє, елект<ричну енергію можна досить просто передавати на великівідстані без значних втрат. Це дає можливість за допомогоюліній електропередачі (мал. 2) енергію подавати від гідроелектро=станцій (мал. 3), що їх зводять на річках, чи теплових електро=станцій, які можна будувати біля покладів палива.

Сьогодні і, мабуть, у найближчому майбутньому електриказалишається основою наукового і технічного прогресу су=спільства.

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÅ ÏÎËÅ

6

Ìàë. 2. ˳í³ÿ åëåêòðîïåðåäà÷³ Ìàë. 3. Ìàøèííèé çàëåëåêòðîñòàíö³¿

_ _ _

§ 1. Åëåêòðèçàö³ÿ ò³ë.Åëåêòðè÷íèé çàðÿä.Äâà ðîäè çàðÿä³âУ повсякденному житті ми часто можемо спосте=

рігати електричні явища. Розчісуючи сухе волосся пластмасо=вим гребінцем, ви, мабуть, спостерігали дрібненькі іскорки іпотріскування. Це і є невеликі блискавки і громи.

Якщо при цьому гребінець піднести до дрібненьких клап=тиків паперу, то вони будуть притягуватися до нього. Колискляну паличку потерти об шовк або аркуш сухого паперу,то ця паличка набуде властивості притягувати різні тіла(мал. 4). Так само поводить себе, наприклад, і ебонітова палич=ка, потерта об шерстяну тканину чи вовну.

Ще в VII ст. до н. е. ця особливість була виявлена в янтарю(бурштину). Грецькою мовою янтар називається електроном.Тому причину притягання тіл янтарем, який натирали шерс=тю, назвали електричною силою. Звідси й пішла назва цілої га=лузі фізики – електрика.

Явище, в результаті якого тіла набувають властивості при=тягувати інші тіла, здавна називають електризацією тіл, асамі тіла називаються наелектризованими, або ж такими, щомають електричний заряд.

§ 1. Åëåêòðèçàö³ÿ ò³ë. Åëåêòðè÷íèé çàðÿä. Äâà ðîäè çàðÿä³â

7

Янтар – скам’яніла смола хвойних дерев, що росли на землібагато сотень тисяч років тому. На малюнку 5 показано янтарта хутро.

Під час вивчення фізики в 7=му класі ви дізналися, що всітіла, які нас оточують, складаються з атомів, а атоми можутьоб’єднуватися в молекули – «мікроцеглинки» речовини. Доскладу всіх без винятку атомів (і молекул) входять так званіелементарні частинки, що мають електричні заряди, електро<

Ìàë. 4. Çàðÿäæåí³ ò³ëàïðèòÿãóþòü ò³ëà íåçàðÿäæåí³ Ìàë. 5. ßíòàð ³ õóòðî

_ _ _

ни і протони: електрони мають негативний заряд, а протони –такий самий за значенням, але позитивний.

Тіла заряджаються не лише в разі натирання одних тіліншими. Під час будь=якої взаємодії різнорідних тіл і безпосе=реднього контакту відбувається їх заряджання. Але при нати=ранні контакт між тілами щільніший, і вони заряджаютьсясильніше, що легше виявити під час дослідів.

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÅ ÏÎËÅ

8

Ретельні дослідження показали, що під час взаємодії тіл за�ряджається кожне з них. При натиранні ебонітової паличкихутром заряджається як паличка, так і хутро – обоє помітнопритягують легенькі клаптики паперу.

Заряджені тіла притягують до себе інші тіла, які не булизарядженими.

Деякі властивості можна виявити під час дослідженнявзаємодії заряджених тіл. Зарядимо натиранням об хутроебонітову паличку і підвісимо її на нитці.

Якщо тепер піднести до неї так само заряджену іншуебонітову паличку (мал. 6), то вони будуть відштовхуватися.

Якщо ж до зарядженої ебонітової палички піднести заря=джену тертям об шовк чи сухий папір скляну паличку, топалички будуть притягуватись одна до одної (мал. 7).

Із цих дослідів можна зробити висновок, що однаково заря�джені тіла відштовхуються, а по�різному заряджені тіла при�тягуються.

Найрізноманітніші досліди показують, що заряди буваютьдвох видів: одні такі самі, як на ебонітовій паличці, а інші – якна скляній. Заряди на склі, потертому об шовк, назвали пози�тивними, а заряди на ебонітовій паличці, потертій об хутро, –негативними. Позитивні заряди позначили знаком «+» (плюс),а негативні – знаком «–» (мінус).

Як ви вже знаєте з попереднього вивчення природознавства,фізики, хімії, атоми різних хімічних елементів відрізняютьсязарядом ядер. Науковці встановили, що ядра атомів маютьскладну будову: до їхнього складу входять позитивно зарядженічастинки – протони, а також незаряджені частинки – нейтрони.

Заряд протона за значенням дорівнює заряду електрона, алемає масу в 1840 разів більшу, ніж маса електрона. Маси жпротона й нейтрона майже однакові.

Найпростішим є атом Гідрогену: його ядро складається зодного протона, навколо якого рухається один електрон. Протей атоми одного й того самого елемента можуть бути різними, у їхніх ядрах однакова кількість протонів, але різна кількість

_ _ _

нейтронів – це так звані ізотопи. Так, наприклад, ядрозвичайного Гідрогену (Протію) складається з протона; ядроважкого Гідрогену (Дейтерію) – з протона і нейтрона; ядронадважкого Гідрогену (Тритію) – з протона і двох нейтронів.Ізотопи одного хімічного елемента мають різні фізичнівластивості.

Тепер можна зробити такі висновки:1) існують незаряджені й заряджені тіла або частинки, з

яких вони складаються; 2) однойменно заряджені тіла або частинки відштовхують=

ся, а різнойменно заряджені – притягуються;3) під час взаємодії різнорідних тіл вони заряджаються

різнойменно і, відповідно, притягуються одне до одного;4) частинки, що входять до складу атомів і молекул: елект=

рони мають негативний заряд, протони – позитивний. Існуютьі незаряджені частинки – нейтрони.

§ 1. Åëåêòðèçàö³ÿ ò³ë. Åëåêòðè÷íèé çàðÿä. Äâà ðîäè çàðÿä³â

9

Ìàë. 6. ³äøòîâõóâàííÿîäíàêîâî çàðÿäæåíèõ

ïàëè÷îê

Ìàë. 7. Ïðèòÿãóâàííÿíåîäíàêîâî çàðÿäæåíèõ

ïàëè÷îê

1. Як можна виявити, чи заряджене тіло?2. Звідки походить слово «електрика»?3. Як можна показати, що під час контакту заряджається кожне з тіл?4. Як взаємодіють між собою: а) дві ебонітові палички, натерті об

хутро; б) дві скляні палички, натерті об шовк або сухий папір;в) ебонітова паличка, натерта об хутро, та скляна паличка, натер!та об шовк чи папір?

5. Які два роди зарядів існують у природі, як їх називають і позна!чають?

6. Які заряджені частинки ви знаєте? Як вони називаються і які маютьзаряди?

_ _ _

§ 2. Âçàºìîä³ÿ çàðÿäæåíèõ ò³ë.Ïðîâ³äíèêè ³ íåïðîâ³äíèêèåëåêòðèêèЯк ви вже знаєте, заряд є невід’ємною властивістю

певних елементарних частинок, які входять до складу всіх тіл,що нас оточують. Коли говорять, що тіло заряджене негативно,то це означає, що в ньому більше негативно заряджених час=тинок (електронів), ніж позитивно заряджених. Якщо тілонезаряджене, то в ньому кількість позитивно і негативнозаряджених частинок однакова. Заряди електрона і протонамають однакові значення, але різні за знаками: заряд елек=трона негативний, а заряд протона позитивний.

Якщо тіло заряджене позитивно,то це означає, що в ньому елек=тронів менше, ніж протонів. Заря�джання і розряджання тіл пояс�нюється переходом тих чи інших

заряджених частинок від одних тіл до інших.Під час натирання скляної палички шовком або папером

вона заряджається позитивно, це означає, що з неї на шовкчи папір перейшла певна кількість електронів з негативнимзарядом.

Найпростішими приладами для вивчення заряджених тілздавна були так звані електроскопи (мал. 8). Слово «електро=

скоп» походить від грецьких слів«електрон» і «скопео» – спостеріга=ти, виявляти. В електроскопі черезпластмасову пробку в металевій оп=раві проходить металевий стержень,на кінці якого закріплені дві смуж=ки тонкого паперу. Оправа з обохбоків закрита склом.

Якщо провести позитивно заря=дженою паличкою або іншим заря=дженим тілом по кульці електро=скопа, то кулька й стержень, а разомз ними й смужки паперу зарядять=ся. Оскільки однойменно заряджені

тіла відштовхуються, то смужки розійдуться на певний кут.Чим більшого заряду набуває електроскоп, тим на більший кутвідхиляються смужки. Отже, спостерігаючи за змінами кутарозходження смужок електроскопа, можна зробити висновокпро те, збільшується чи зменшується його заряд.

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÅ ÏÎËÅ

10

Заряд електронанегативний, заряд

протона позитивний.

Ìàë. 8. Åëåêòðîñêîï

_ _ _

11

На малюнку 9 показано електроскоп, виготовлений майже100 років тому. За допомогою такого електроскопа вже можнабуло вимірювати певні електричні величини.

Часто для дослідів з електрики використовують доско=наліший прилад – так званий електрометр (мал. 10). Тут ле=генька металева стрілочка В, що заряджається так само від ме=талевого стержня D, відштовхується від нього на тим більшийкут, чим більше вони заряджені.

Якщо доторкнутися до кульки електроскопа рукою, то вінрозрядиться. Якщо він був заряджений позитивно, то при до=торканні до кульки рукою на електроскоп із землі перейде пев=на кількість негативно заряджених електронів, які й скомпен=сують позитивний його заряд.

Коли до електрометра чи будь=якого зарядженого тіладоторкнутися шматком скла, пластмаси, сухої деревини тощо,то тіла не розрядяться. Очевидно, що в цих речовинах немаєвільних заряджених частинок. Тому їх назвали непровід<никами електрики, ізоляторами, або діелектриками. Це фар<фор, ебоніт, скло, гума, пластмаси, повітря, бензин тощо.

Через тіло людини заряджені тіла розряджаються, тому во=но так само є провідником електрики. До добрих провідниківналежать метали, розчини кислот, лугів, солей тощо.

Більшість речовин у природі не є добрими провідниками.Серед величезної кількості таких речовин існує чимало таких,що мають дуже важливі для науки і техніки властивості, на=приклад напівпровідники, про які ви дізнаєтеся під час подаль=шого вивчення фізики.

§ 2. Âçàºìîä³ÿ çàðÿäæåíèõ ò³ë. Ïðîâ³äíèêè ³ íåïðîâ³äíèêè åëåêòðèêè

Ìàë. 9. Åëåêòðîñêîï,ùî âèêîðèñòîâóâàâñÿíà ïî÷àòêó XX ñò.

Ìàë. 10. Åëåêòðîìåòð

_ _ _

12

1. Як виявити на дослідах, заряджене тіло чи ні?2. Як показати, що при контакті двох різнорідних тіл кожне з них

заряджається?3. Як взаємодіють між собою одно! і різнойменно заряджені тіла?4. Як за допомогою клаптиків паперу виявити, чи заряджене дане

тіло?5. Опишіть будову і дію простих електроскопів.6. Як виявити, що одні тіла є провідниками, а інші – непровідниками?

§ 3. Åëåêòðè÷íå ïîëå.Çàêîí ÊóëîíàЗаряджені тіла, як ви вже знаєте, взаємодіють од=

не з одним на відстані – різнойменно заряджені тіла притягу=ються, а однойменно заряджені відштовхуються. Ретельнідосліди показують, що така взаємодія відбувається не лишетоді, коли між тілами є повітря або будь=яка речовина, а й ко=ли між ними створено вакуум, наприклад відкачано повітря чиці тіла розміщено у відкритому космосі.

Видатні англійські вчені М. Фарадей і Дж. Максвелл устано=вили, що в просторі навколо заряджених тіл чи частинокіснує електричне поле. Висновки щодо існування електричногополя можна зробити, розглядаючи його дію.

Сила, з якою електричне поле діє на внесене в нього заря�джене тіло чи частинку, називається електричною силою.

На малюнку 11 показано, як електричне поле позитивно за=рядженої кулі діє на невеличкі також позитивно зарядженікульки на різних відстанях. З такого досліду можна бачити,що чим менша відстань між тілами, які взаємодіють, тим біль=ша сила їхньої взаємодії.

Досліди, які одним з перших виконав французький ученийШ. Кулон, показали, що при збільшенні відстані між зарядже=ними тілами в 2 рази сила їхньої взаємодії зменшується в 4 рази,

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÅ ÏÎËÅ

Тіла, в яких заряджені частинки можуть переміщатися в томучи іншому напрямі під час певних дій на них, є провідникамиелектрики.Тіла, в яких заряджених частинок,що вільно рухаються, немає,є непровідниками електрики (ізоляторами, діелектриками).

Електричне поле зарядженого тіла (чи частинки) діє з певноюсилою на різноманітні заряджені тіла (чи частинки), що пере�бувають у цьому електричному полі.

_ _ _

§ 3. Åëåêòðè÷íå ïîëå. Çàêîí Êóëîíà

13

при збільшенні відстані в 3 рази сила взаємодії зменшується в9 разів і т. д. Кулон зробив висновок, що сила взаємодії F за=ряджених тіл чи частинок обернено пропорційна квадратувідстані між ними:

,

де r – відстань між зарядженими тілами, розмірами яких мож=на знехтувати порівняно з цією відстанню.

Кулон також довів, що сила взаємодії заряджених тіл прямопропорційна значенням їхніх зарядів:

,

де q1 – заряд одного тіла, а q2 – заряд іншого тіла.

Об’єднавши висновки, Кулон установив один з найваж=ливіших законів електрики, названий його ім’ям. Відповіднодо цього закону сила взаємодії заряджених нерухомих тіл,розмірами яких можна знехтувати порівняно з відстанню міжними, прямо пропорційна значенням їхніх зарядів і оберненопропорційна квадрату відстані між ними.

Математично закон Кулона можна записати так:

,

де k – коефіцієнт, який залежить від вибору одиниць вимірю=вання величин, що входять до закону.

Ìàë. 11. Âçàºìîä³ÿ ïîçèòèâíî çàðÿäæåíî¿ êóë³ ç ïîçèòèâíîçàðÿäæåíèìè ìàëåíüêèìè êóëüêàìè íà ð³çíèõ â³äñòàíÿõ

Шарль Огюстен Кулон (1736–1806) – французькийфізик та інженер. Праці стосуються електрики,магнетизму, механіки. У 1785 р. дослідив силувзаємодії між зарядженими тілами і сформулювавзакон взаємодії, названий його ім’ям.

_ _ _

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÅ ÏÎËÅ

14

За одиницю заряду в сучасній науці взято кулон (Кл),названу на честь французького вченого Ш. Кулона. У вченніпро електрику основною одиницею (в СІ) є ампер (А), про що видізнаєтеся під час вивчення електричного струму: 1 кулон – цеелектричний заряд усіх частинок, які пройдуть через по=перечний переріз провідника за 1 секунду, якщо в ньому силаструму 1 ампер.

Якщо в законі Кулона взято заряди q1 і q2 в кулонах,відстань між тілами або частинками в метрах, а силу взаємодіїв ньютонах, то:

Підсумовуючи викладене в цьому параграфі, можна зробитивисновки:

1) усі заряджені тіла чи частинки мають електричні поля;2) взаємодія заряджених тіл чи частинок здійснюється через

їхні електричні поля;3) сила взаємодії заряджених тіл чи частинок залежить від

значень їхніх зарядів і відстані між ними;4) електричні поля реально існують у навколишньому середо=

вищі, як реально існують, наприклад, різноманітні речовини,молекули, атоми, елементарні частинки;

5) електричний заряд характеризує здатність зарядженихчастинок до електромагнітних взаємодій і визначає їх інтен=сивність.

§ 4. Äèñêðåòí³ñòüåëåêòðè÷íîãî çàðÿäó. ÅëåêòðîíЗ дослідів можна встановити, що під час взаємодії

заряджених і незаряджених тіл їхні заряди можуть змінювати=ся, хоча сумарний заряд взаємодіючих тіл залишається сталим.

Проведемо дослід. Зарядимо один електроскоп (електро=метр), наприклад, позитивно, а інший залишимо незарядженим(мал. 12). Відмітимо покази стрілки зарядженого електрометра.

Тепер з’єднаємо кульки обох електрометрів металевимпровідником А, закріпленим на ручці В з діелектрика (ізолято=

1. Чим відрізняється простір навколо заряджених тіл від просторунавколо тіл незаряджених?

2. Від чого залежить електрична сила взаємодії заряджених тіл?3. Які особливості взаємодії заряджених тіл установив Кулон?

_ _ _

§ 4. Äèñêðåòí³ñòü åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó. Åëåêòðîí

15

ра). При цьому заряджені частинки між електрометрами пере=розподіляться (мал. 13). Заряд першого електрометра змен=шиться, а заряд другого збільшиться. Перший електрометрчастково розрядиться, а другий зарядиться.

Якщо електрометри однакові, то можна зробити висновок,що початковий заряд поділився на дві рівні частини.

Тепер роз’єднаємо електрометри – вони залишаться заря=дженими. Доторкнувшись пальцем до другого електрометра,розрядимо його. З’єднаємо знову заряджений електрометрз незарядженим – знову заряд поділиться на дві рівні частини.Так можна й далі поділяти заряджені частинки між електро=метрами на більш дрібні.

Але виникає питання: чи довго можна так перезаряджатиелектрометри або інші заряджені тіла? Щоб відповісти на це пи=тання, були проведені дуже складні й точні дослідження видат=ним американським ученим Р. Міллікеном та російським ученимА. Ф. Йоффе. Вони досліджували дію електричного поля на ос=вітлені найдрібніші заряджені порошинки цинку, які можнабуло спостерігати лише в мікроскоп. Було встановлено: зарядпорошинок змінювався лише в ціле число разів (2, 3, 4, 5 і т. д.)від якогось найменшого його значення.

На підставі цього зроблено висновок, що в природі існуєтака частинка, яка має найменший відомий науці заряд і цейзаряд вже не поділяється. Ви вже знаєте, цю частинку назвалиелектроном.

Ìàë. 12. Çàðÿäæåíèé³ íåçàðÿäæåíèéåëåêòðîìåòðè

Ìàë. 13. Ïðè ç’ºäíàíí³ çàðÿäæå-íîãî ³ íåçàðÿäæåíîãî åëåêòðî-ìåòð³â ìåòàëåâèì ïðîâ³äíèêîìîáèäâà ïðèëàäè ñòàþòü çàðÿ-

äæåíèìè

_ _ _

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÅ ÏÎËÅ

16

1. Як довести на досліді, що заряд може поділятися?2. Чи може заряд поділятися нескінченно?3. Що таке електрон? Що ви знаєте про його заряд і масу?4. Чи можуть тіла чи частинки мати заряд у 1,5 раза більший чи

менший від заряду електрона?5. Заряд тіла дорівнює –6,4 · 10–10 Кл. Якій кількості електронів

відповідає цей заряд?

Абрам Федорович Йоффе (1880–1960). Народивсяв м. Ромни Сумської області. Праці стосуютьсяфізики твердого тіла, зокрема напівпровідників,загальних питань фізики. У 1913 р. виконав роботиз вимірювання заряду електрона.

За одиницю заряду взято кулон (позначається Кл) – на честьфранцузького вченого Шарля Кулона.

Значення заряду електрона визначив Роберт Міллікен. Вінустановив, що електрон має негативний заряд –1,6 · 10–19 Кл,який є невід’ємною його властивістю. Маса електрона дорівнює9,1 · 10–31 кг, що менше в 3700 разів від найменшої з усіх моле=кул – молекули водню Н2.

На основі вивчення електричних явищ, великої кількостіретельно виконаних дослідів було встановлено, що в природі дієзакон збереження електричних зарядів: алгебраїчна сумаелектричних зарядів тіл, що утворюють замкнену систему,залишається сталою q1 + q2 + q3 + … + qn = const.

§ 5. Éîíè. Çàðÿäæàííÿ ò³ëУсі тіла складаються з атомів, до складу яких вхо=

дять позитивно заряджені частинки – протони (у складі ядра)та негативно заряджені частинки – електрони. За звичайнихумов кількість протонів і електронів у тілі однакова, тому су=марний заряд таких тіл дорівнює нулю.

Як ви вже знаєте, за звичайних умов атоми є електричнонейтральними, тобто навколо ядра обертається стільки елект=ронів, скільки протонів міститься в ньому. Але якщо такийатом втратить один або кілька електронів, то він уже матименадлишковий позитивний заряд (нескомпенсований зарядядра). Такий атом уже стає позитивним йоном (катіоном).Коли ж нейтральний атом приєднує зайві електрони, то вінстає негативним йоном (аніоном).

_ _ _

§ 5. Éîíè. Çàðÿäæàííÿ ò³ë

17

Йони можуть утворюватися й під час розпаду молекул. Так,під час розчинення кухонної солі у воді утворюються позитив=но заряджені йони Натрію і негативно заряджені йони Хлору.При взаємодії такі йони можуть знову об’єднуватися в нейт=ральні молекули.

У тілах, які називають провідниками, є певна кількістьвільних заряджених частинок, що хаотично рухаються в тілі,хоча воно залишається незарядженим.

Добрими провідниками електрики є, наприклад, метали.Кристалічні ґратки металів утворюють позитивно зарядженійони, між якими хаотично рухаються електрони.

З цього можна зробити важливий висновок: тіло заряджененегативно тоді, коли воно має надлишкову, порівняно з неза�рядженим станом, кількість електронів.

Якщо тіло втрачає електрони, то воно буде заряджене пози=тивно: на ньому залишається частково нескомпенсованийпозитивний заряд ядер атомів. Тіло заряджається позитивно,коли воно має меншу, порівняно з незарядженим станом,кількість електронів.

Чому ж діелектрики практично не проводять електричногоструму? В діелектриках електрони міцно зв’язані зі своїми ато=мами і не можуть вільно рухатися по всьому тілу. У добрихпровідниках (металах) частина електронів, що перебуває нанайбільших відстанях від ядер своїх атомів, слабо зв’язана зядрами, може втрачати з ними зв’язок і майже вільно рухати=ся в тілі провідника. Такі електрони називаються вільними. Запевних умов вони й утворюють струм.

Розглянемо кілька прикладів заряджання тіл і пояснимо їх.Якщо до незарядженого електроскопа піднести позитивно за=ряджену паличку, то смужки паперу розійдуться на певнийкут (мал. 14), хоча до кульки паличкою і не доторкувалися. Щож при цьому відбувається?

Кулька і стержень електроскопа виготовлені з металу, тобтодоброго провідника, зі значною кількістю вільних електронів. Піддією електричного поля, яке є навколо зарядженої палички, вільніелектрони частково змістяться до верхньої частини стержня. Тутвиявиться надлишок електронів, а в нижній частині стержня зали=шиться нескомпенсованим позитивний заряд. Смужки будуть за=ряджені позитивно і розійдуться на певний кут. Якщо паличкувідвести від електроскопа, то електрони притягнуться до позитивнозаряджених йонів металу і електроскоп знову буде незарядженим.

Йони – це заряджені частинки (атоми чи групи хімічно зв’яза�них атомів) з недостачею електронів (катіони) або їх надлиш�ком (аніони).

_ _ _

Якщо ж до кульки електроскопапіднести негативно заряджене тіло (та=кож не доторкуючись до неї), то вільніелектрони, що є в кульці і стержні,відштовхуючись від негативно заря=дженого тіла, переважно зберуться внижній частині стержня. Негативно за=ряджені смужки також розійдуться напевний кут. Коли віддалити зарядженетіло від електроскопа, то він знову ви=явиться незарядженим. Поясніть, якіявища відбуваються в цьому випадку.

Таке заряджання тіл чи їхніх частинназивають електризацією через вплив.

При електризації через вплив заряджені частинки можна розділити,що доведено на досліді (мал. 15). З’єднаємо два однакові електроско=пи металевим провідником з ізоляційною ручкою і піднесемо до од=ного з електроскопів позитивно заряджене тіло (мал. 15, а). Смуж=ки паперу на обох електроскопах розійдуться на певний кут. Чому?

Частина вільних електронів, що є у стержнях електроскопів іпровіднику, яким їх з’єднано, під дією електричного поля позитив=но зарядженого тіла перейде на правий електроскоп, де й виявитьсянадлишок їх. Цей електроскоп буде мати негативний заряд, а лівий,відповідно, – позитивний. Якщо позитивно заряджене тіло віддали=ти від електроскопів, то вони знову стануть незарядженими.

Якщо ебонітову паличку потерти об хутро, то вона зарядить�ся негативно, а хутро – позитивно. Вочевидь, що внаслідоквзаємодії палички і хутра на паличці з’явиться надлишокелектронів, а хутро втратить таку саму кількість електронів.Зрозуміло, що заряди палички і хутра після взаємодії одна�кові за значенням, але різні за знаками.

Ìàë. 14. Ïåðåðîçïîä³ë çà-ðÿäæåíèõ ÷àñòèíîê âåëåêòðîñêîï³ ï³ä 䳺þåëåêòðè÷íîãî ïîëÿ

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÅ ÏÎËÅ

18

Ìàë. 15. Çàðÿäæàííÿ ð³çíîéìåííî äâîõ åëåêòðîñêîï³â

_ _ _

19

§ 5. Éîíè. Çàðÿäæàííÿ ò³ë

Якщо спочатку прийняти від електроскопів металевийпровідник, що їх з’єднує, а потім заряджене тіло, то обидваелектроскопи виявляться зарядженими (мал. 15, б). Як можнапоказати, що заряди на них різнойменні? Якщо тепер з’єднатиобидва електроскопи металевим провідником на ізолюючійручці, то вони повністю розрядяться.

1. Поясніть заряджання тіл під час їхнього контакту (наприклад, на!тирання).

2. Чому при заряджанні тіл під час їхнього контакту обидва тіла ма!ють однакові за значенням, але протилежні за знакомзаряди?

3. Що таке електризація через вплив?4. Як утворюються позитивно і негативно заряджені йони?

ËÀÁÎÐÀÒÎÐÍÀ ÐÎÁÎÒÀ № 11

Дослідження взаємодії заряджених тілМета. Дослідним шляхом вивчити взаємодію однойменно і

різнойменно заряджених тіл.

В к а з і в к и д о р о б о т иЗа звичайних умов тіла є електрично нейтральними, тому

що носії електричних зарядів всередині них взаємно скомпен=совані або рівномірно розподілені в об’ємі тіла. Якщо тіломістить надлишок заряджених частинок одного знака або вонинерівномірно розподілені в об’ємі тіла, то воно стає зарядже=ним. Наприклад, надлишкова кількість електронів приводитьдо появи на тілі негативного заряду і навпаки.

Здатність тіл до електромагнітної взаємодії – взаємного при=тягання чи відштовхування – пояснюється існуванням двох різ=них видів електричних зарядів – позитивного і негативного.У ході виконання самостійних дослідів слід з’ясувати, як взає=модіють між собою однойменно і різнойменно заряджені тіла.

В и к о н а н н я р о б о т и ( в а р і а н т 1 ) 2

Обладнання: лінійка з пластмаси, шматки цупкої плівки з об=кладинок чи папок, поліетиленові файли, вовняна тканина або хутро,шовкова тканина або папір.

1У підручнику запропоновано виконання лабораторних робіт удвох варіантах: на обладнанні, яке є в більшості фізичних кабінетів(варіант 1); за розробками Науково=дослідного центру навчально=науко=вих приладів Інституту прикладної фізики НАН України, обладнаннядо яких нині постачається в школи (варіант 2).

2Ця робота може виконуватися учнями в домашніх умовах з на=ступним обговоренням одержаних результатів у класі.

_ _ _

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÅ ÏÎËÅ

20

1. Потріть один об одний два шматки цупкої пластмасовоїплівки і з’ясуйте, як вони будуть взаємодіяти між собою.

2. Натріть тепер одну плівку вовняною тканиною або хут=ром, а іншу – папером або шовковою тканиною, піднесіть їх од=на до одної і простежте за їхньою взаємодією.

3. Підвісьте на тонких нитках пластмасові лінійки, потріть їходна об одну і спостерігайте за їхньою взаємодією.

4. Одну з лінійок потріть об папір або шовкову тканину, аіншу – об вовняну тканину або хутро. З’ясуйте, як вони будутьвзаємодіяти.

5. Зробіть висновок щодо взаємодії електрично заряджених тіл.

В и к о н а н н я р о б о т и ( в а р і а н т 2 )

Обладнання: електростатичні султани,ебонітова і скляна палички, вовняна ткани=на або хутро, шовкова тканина або папір.

1. Піднесіть до електростатичногосултана скляну паличку, натерту шов=ковою тканиною (мал. 16).

2. Запишіть, що відбувається з папе=ровими смужками султана.

3. Поясніть, який заряд отримаютьсмужки паперу під час доторкання зіскляною паличкою.

4. Змінюючи відстань між султаном іпаличкою, спостерігайте за характеромвзаємодії між зарядженими тілами.

5. Піднесіть до султана ебонітову паличку, натерту хутром.6. Поясніть, що відбувається з паперовими смужками сул=

тана. Укажіть, який заряд отримають смужки паперу під часдоторкання з ебонітовою паличкою.

7. Змінюючи відстань між султаном і паличкою, спостері=гайте за характером взаємодії між зарядженими тілами.

8. Дослідіть взаємодію двох різнойменно заряджених елект=ростатичних султанів.

9. Дослідіть взаємодію двох однойменно заряджених елект=ростатичних султанів.

10. Зробіть висновок.

Âïðàâà 11. Чому можна зарядити паличку з діелектрика під час тер=

тя, тримаючи її в руці, і зовсім неможливо це зробити з метале=вою паличкою?

2. Щоб з’єднати пошкоджені провідники, електромонтернадіває гумові рукавиці й використовує інструменти з ізольо=ваними ручками. Для чого він це робить?

Ìàë. 16

_ _ _

21

Ãîëîâíå â ðîçä³ë³ 1

3. Є три однакові металеві кулі на ізолюючих підставках.Одна з куль заряджена. Як зарядити різнойменно дві іншікулі? Поясніть свої дії.

4. Як зміниться сила взаємодії між двома зарядженимикульками, якщо значення заряду кожної кульки збільшитьсяу 4 рази, а відстань між ними зменшиться у 2 рази?

5. Дві кульки, що мають заряди по 10–7 Кл, перебувають навідстані 0,1 м одна від одної. З якою силою вони взаємодіють?

6. З якою силою взаємодіють кульки, що мають заряди0,66 . 10–7 Кл і 1,1 . 10–5 Кл на відстані 3,3 см?

Ãîëîâíå â ðîçä³ë³ 1Слід вважати, що:

– існують незаряджені та заряджені тіла або частинки, зяких складаються тіла;

– однойменно заряджені тіла або частинки відштовхуються,а різнойменно заряджені – притягуються;

– під час взаємодії різнорідних тіл вони заряджаютьсярізнойменно;

– елементарні частинки, що входять до складу атомів і мо=лекул, – це електрони, які мають негативний заряд, та прото=ни, що мають позитивний заряд. Існують також елементарнічастинки, які не мають заряду – нейтрони.

Заряджання і розряджання тіл пояснюється переходомтих чи інших заряджених частинок від одних тіл до інших абоїх перерозподілом у цих тілах.

Навколо заряджених тіл і частинок існує електричне по=ле, їх взаємодія здійснюється через електричні поля. Елект=ричні поля існують реально, як реально існують тіла, молеку=ли, атоми, елементарні частинки.

Тіло заряджене негативно, коли воно має надлишкову,порівняно з незарядженим станом, кількість електронів, а по=зитивно – коли має меншу, порівняно з незарядженим станом,кількість електронів.

Закон Кулона: сила взаємодії заряджених тіл, розмірамияких можна знехтувати порівняно з відстанню між ними, прямопропорційна значенням їхніх зарядів і обернено пропорційна

квадрату відстані між ними: .

_ _ _

Засвоївши матеріал цього розділу, ви будете знати:

– що таке електричний струм, які його джерела та основнідії;

– що таке напруга, сила струму та електричний опір;– закон Ома для однорідної ділянки кола та закон Джоуля–

Ленца;– від чого залежить робота і потужність електричного

струму.

Ви зможете пояснити:

– природу електричного струму в різних середовищах;– як вмикаються різні електричні пристрої в електричних

колах.

Ви будете вміти:

– вимірювати силу струму, напругу, опір та інші фізичні ве(личини;

– досліджувати найпростіші електричні явища.

_ _ _

§ 1. Åëåêòðèçàö³ÿ ò³ë. Åëåêòðè÷íèé çàðÿä. Äâà ðîäè çàðÿä³â

§ 6. Ùî òàêå åëåêòðè÷íèéñòðóìСьогодні важко уявити життя без широкого вико=

ристання електричного струму. Він живить радіоприймачі йтелевізори, комп’ютери і двигуни електропотягів, допомагаєготувати їжу й лікує певні хвороби тощо. Що ж таке електрич=ний струм?

Ви вже знаєте, що до складу атомів, з яких складаютьсятіла, входять заряджені частинки: протони (позитивно заря=джені) та електрони (негативно заряджені). Проте за звичайнихумов у шматку металу електричний струм не спостерігається.А як його можна виявити?

При існуванні різних видів електричного струму для них єспільною так звана магнітна дія. Відомий датський ученийГанс Христіан Ерстед у 1820 р. виконав виключно важливийдослід, який пізніше став основою для багатьох технічнихпристроїв (мал. 17).

Над магнітною стрілкою, наприклад компаса, розміщенийпровідник, до якого може бути приєднаний гальванічний еле=мент. У разі вмикання струму магнітна стрілка відхиляється –спостерігається магнітна дія струму. Саме наявність магнітноїдії і є тією властивістю, що дає змогу говорити про наявністьелектричного струму. Дослідження показали, що струм ство=

23

_ _ _

рюють рухомі заряджені частин=ки або тіла.

Як бачимо з досліду Ерстеда, уметалевому провіднику струмвиник тоді, коли до нього при=єднали гальванічний елемент –джерело електричного струму.З’ясуємо, які заряджені частин=ки могли рухатися в металевомупровіднику.

Металеві провідники, як вивже знаєте, мають кристалічніґратки, що утворюються з пози=тивно заряджених йонів. Міжцими йонами хаотично руха=

ються вільні електрони (мал. 18). Коли до такого провідникаприєднати джерело струму, то на заряджені частинки металубудуть діяти електричні сили: в одному напрямі на позитив=но заряджені частинки, а в протилежному – на негативно за=ряджені. Але йони кристалічних ґраток у металі вільно ру=хатися не можуть. Поміркуємо, як будуть рухатися вільніелектрони.

Зазвичай, хаотичний рух вільних електронів не припи=няється, але всі вони ще будуть рухатись у певному напрямі піддією електричного поля, як рій мошок чи бджіл, що пе=реміщується в певному напрямі під дією вітру.

Саме цей напрямлений рух вільних електронів у металіі є струмом. Розглянутий струм називають струмом провід�ності.

Проте таке напрямлене переміщення електронів у провідни=ку можна отримати і в іншийспосіб.

Уявіть собі, що металевийстержень падає на землю (напідлогу) вертикально. Ударив=шись об підлогу, стержень зупи=ниться – зупиняться жорсткікристалічні ґратки. А щодо віль=них електронів, то вони ще бу=дуть певний час продовжуватисвій рух до землі. Цим пояс=нюється виникнення інерційно�го електричного струму.

В обох розглянутих випадкахструм утворюється напрямленим

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

24

Ìàë. 17. Äîñë³ä ç ìàãí³òíî¿ ä³¿ñòðóìó

Ìàë. 18. Áóäîâà ìåòàëó

_ _ _

переміщенням величезної кіль=кості електронів, що може виника=ти за різних причин.

Але струм можуть створювати йвеликі заряджені тіла, що руха=ються в певному напрямі. Якщотіло навіть значних розмірів має електричний заряд і рухаєть=ся в певному напрямі, то при цьому виникає магнітне поле, щосвідчить про наявність електричного струму. Це так званийконвекційний струм.

Отже, електричним струмом називається напрямленийрух заряджених частинок або заряджених тіл.

§ 7. Äæåðåëà åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó

Електричний струм –це напрямлений рухзаряджених части�нок або зарядженихтіл.

§ 7. Äæåðåëà åëåêòðè÷íîãîñòðóìóУ багатьох випадках електричний струм треба

підтримувати протягом тривалого часу, наприклад для кімнат=ного освітлення, під час плавлення металу в електропечах, дляроботи електротранспорту тощо. Для цього необхідні джереластруму.

У будь=якому джерелі електричного струму відбуваєтьсяроз’єднання заряджених частинок, які в ньому є, за рахуноквиконання роботи так званими сторонніми силами.

Якщо обертати рамку з певною кількістю витків ізольовано=го провідника в магнітному полі, то при цьому виконується ме=ханічна робота, полюси генератора заряджаються різноймен=но, в лампі виникає струм і вона світиться (мал. 19). Так самопрацюють генератори на великих електростанціях.

У гальванічних елементах (мал. 20) у розчин певних речо=вин, наприклад кислот, опускають дві пластинки з різних ре�човин, що по�різному взаємодіють з розчином. Унаслідокхімічних реакцій ці пластинки (електроди) заряджаютьсярізнойменно і можуть створювати струм протягом тривалогочасу.

В акумуляторі («акумуляре» – нагромаджувати) (мал. 21)у розчин, наприклад сульфатної кислоти, опускають два одна�кові електроди. Але такий акумулятор струму не дає. Його по�

1. Що таке електричний струм?2. Як можна отримати струм у металевому провіднику?3. Яка дія струму підтверджує, що він існує?4. Який дослід провів Ерстед і які з цього були зроблені висновки?

25

_ _ _

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

26

передньо потрібно зарядити, пропускаючи через розчин струмпевного напряму. При цьому на електродах відбуваються різніхімічні реакції, і тому вони матимуть вже різні властивості.Тепер акумулятор працюватиме як звичайний гальванічнийелемент.

Акумулятори можуть створювати струм значної сили і вико=ристовуватися багато разів.

Отримати електричне джерело можна й за рахунок нагрі=вання певних речовин – це так звані термоелементи (мал. 22).Якщо з’єднати два різнорідніпровідники і нагріти одне ізз’єднань так, щоб ці з’єднаннямали різну температуру, то от=римаємо струм. Особливо ефек=тивним у термоелементах єпоєднання металевих про=відників і напівпровідників(мал. 23).

Ìàë. 20. Ãàëüâàí³÷íèéåëåìåíò

Ìàë. 22. Òåðìîåëåìåíò

Ìàë. 19. Ãåíåðàòîð

Ìàë. 21. Áàòàðåÿ ãàëüâàí³÷íèõåëåìåíò³â òà àêóìóëÿòîðè

_ _ _

27

Широко використовуються напівпровідникові перетворю=вачі енергії світла в електричну енергію – фотоелементи,сонячні батареї (мал. 24).

Отже, в джерелах струму за рахунок сил неелектричного по�ходження відбувається розподіл заряджених частинок, іелектроди джерел струму заряджаються різнойменно.

§ 8. Åëåêòðè÷íå êîëî

Ìàë. 23. Òåðìîåëåìåíòíàï³âïðîâ³äíèêîâèé

Ìàë. 24. Ñîíÿ÷íà áàòàðåÿñóïóòíèêà

1. Для чого необхідні джерела струму?2. Що відбувається в джерелах струму?3. Які джерела струму ви знаєте?4. Чим відрізняється акумулятор від гальванічного елемента?

§ 8. Åëåêòðè÷íå êîëîДля практичного використання електричного

струму потрібні джерело струму, його споживачі, провідни=ки, за допомогою яких струм передається від джерела до спо=живача. Для вмикання струму користуються вимикачами, адля запобігання пошкодженню приладів – запобіжниками.На малюнку 25 усі прилади ввімкнені так, що лампа як спо=живач світиться за рахунок енергії джерела струму – батареїгальванічних елементів. Усі складові частини з’єднані взамкнене коло. Тому такі установки називають електрични<ми колами.

Складові частини найпростішого електричного кола: джерелоструму, системи з’єднувальних провідників і керуючих при�строїв, споживачі електричної енергії.

_ _ _

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

28

У найпростіших випадках до складу електричних кіл вхо=дять: 1) джерело струму; 2) системи з’єднувальних провідниківі керуючих пристроїв; 3) споживачі електричної енергії.

Для вимірювання фізичних величин, що характеризуютьелектричний струм, у коло вмикають різні прилади – ампер=метри, вольтметри, лічильники електричної енергії тощо.

Ìàë. 25. Åëåêòðè÷íå êîëî

Ìàë. 26. Óìîâí³ ïîçíà÷åííÿ ñêëàäîâèõ ÷àñòèí åëåêòðè÷íèõ ê³ë:

1 – ãàëüâàí³÷íèé åëåìåíò ÷è àêóìóëÿòîð; 2 – áàòàðåÿ ãàëüâàí³÷íèõåëåìåíò³â ÷è àêóìóëÿòîð³â; 3 – ç’ºäíàí³ ïðîâ³äíèêè; 4 – ïðîâ³äíèêè,ÿê³ íå ç’ºäíàí³ åëåêòðè÷íî; 5 – êëåìè; 6 – âèìèêà÷ ÷è êëþ÷; 7 – åëåêò-ðè÷íà ëàìïà; 8 – äçâ³íîê; 9 – ðåçèñòîð; 10 – íàãð³âíèê; 11 – çàïîá³æíèê

У замкнених електричних колах роз=різняють їх внутрішню частину (власнеджерело струму) і зовнішню (все те, що при=єднується до полюсів джерела струму).

Електричні кола зображують за допомо=гою електричних схем, на яких складовічастини кола показують, використовуючиумовні позначення. Деякі з умовних по=значень наведені на малюнку 26. А на ма=люнку 27 показано схему електричного ко=ла, що складається з батареї, провідника=резистора, лампи, вимикача.

Ìàë. 27. Ñõåìàåëåêòðè÷íîãî êîëà

1

3

2

_ _ _

29

§ 9. ij¿ åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó

1. Які джерела електричного струму ви знаєте? Яке їхнє призначен!ня?

2. Які споживачі електричної енергії ви знаєте? Які з них є у васудома?

3. Які основні складові частини електричного кола?

Âïðàâà 2

1. Розгляньте складові частини кишенькового ліхтарика інакресліть схему його вмикання.

2. Розгляньте схему електричного кола,наведену на малюнку. Де можна використа=ти таке з’єднання?

3. Розробіть схему електричного кола зодним джерелом струму, двома вимикача=ми (кнопками) та одним електричнимдзвінком, який можна вмикати у двохрізних місцях.

§ 9. ij¿ åëåêòðè÷íîãî ñòðóìóЯк ви вже дізналися, струм має магнітну дію, а про

його теплову дію ви знаєте з повсякденного життя (електрич=ний паяльник, електроплита, праска, лампа розжарювання табагато інших приладів).

У багатьох випадках дії струму можуть виявлятися одночас=но. На малюнку 28 показано установку, де струм проходить попрямому провіднику, на якому підвішені клаптики паперу.Біля провідника розташована магнітна стрілка, яка відхиля=ється на певний кут при наявності струму. При вмиканніелектричного струму клаптики паперу починають диміти ігоріти, а магнітна стрілка повертається. Коли струм вимкнути,то провідник охолоне, стане коротшим і підніметься до по=переднього положення, магнітна стрілка повернеться в по=передній стан.

Ìàë. 28. Òåïëîâà ³ ìàãí³òíà 䳿 ñòðóìó

_ _ _

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

30

Хімічну дію струму можна легко спостерігати на досліді.У розчин сульфату купруму (CuSO4) занурюємо два однаковівугільні електроди і пропускаємо в такому колі електричнийструм. При цьому на одному з електродів через певний часз’явиться помітний шар міді (мал. 29), інтенсивність забарв=лення розчину стане меншою, а на іншому електроді мідь невиділиться.

Дослід Ерстеда переконує, що провід зі струмом діє намагнітну стрілку (постійний магніт). Але можна спостерігати ідію постійного магніту на кільце зі струмом (мал. 30). При вми=канні струму котушка притягується до магніту або ж відштов=хується від нього. Все залежить від того, якими полюсами доелектричного кола приєднується джерело струму.

Рамка з провідника зі струмом у магнітному полі повер=тається на деякий кут у певному напрямі. Якщо ж помінятимісцями полюси джерела струму, то рамка буде повертатисяу протилежному напрямі. На цьому ґрунтується дія гальвано=метрів – приладів для виявлення електричного струму(мал. 31). Стрілка такого гальванометра з’єднана з котушкою,вміщеною в магнітне поле магніту. Вона й показує наявність

струму в колі.Повертання рамки в магнітно=

му полі (механічна дія струму)покладено в основу дії електрич=них двигунів, електровимірю=вальних приладів.

Світлову дію струму можнаспостерігати на прикладі блискав=ки, свічення ламп денного світла,полярного сяйва.

Електричний струм має такожфізіологічну дію, тобто впливаєна живі організми, і в багатьох ви=

Ìàë. 29. Õ³ì³÷íà ä³ÿ ñòðóìó

Ìàë. 30.ijÿ ïîñò³éíîãî ìàãí³òó

íà ê³ëüöå ç³ ñòðóìîì

Ìàë. 31. Âèì³ðþâàëüíèéìåõàí³çì ãàëüâàíîìåòðà

_ _ _

31

падках буває дуже небезпечним. Тому під час використанняелектричного струму треба обов’язково дотримуватися правилбезпеки.

§ 10. Ïðèðîäà åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó. Íàïðÿì ñòðóìó

§ 10. Ïðèðîäà åëåêòðè÷íîãîñòðóìó. Íàïðÿì ñòðóìóВи вже знаєте, що метали у твердому стані мають

кристалічну будову. Позитивно заряджені йони утворюютькристалічні просторові ґратки, а в просторі між ними хаотичнорухаються електрони, що втратили зв’язок зі своїми атомами,так звані вільні електрони.

Унаслідок протікання електричного струму виникаютьмеханічна, теплова, хімічна, магнітна, світлова дії струму.

1. Наведіть відомі вам приклади теплової дії струму.2. Де можна спостерігати хімічну дію струму?3. У чому проявляється магнітна дія струму? Де це явище може бути

використане?4. Які ще дії струму ви знаєте?

У звичайному стані, коли метал незаряджений, сумарнийнегативний заряд усіх вільних електронів за значеннямдорівнює сумарному заряду всіх позитивно зарядженихйонів. Незаряджений провідник називають електричнонейтральним.

Якщо до металевого провідника приєднати полюси джереластруму, то в ньому виникне електричне поле. Внаслідок цьоговільні електрони, крім хаотичного, ще матимуть і рух у певно=му напрямі – це і є електричний струм провідності в металах.Про це мова вже йшла раніше.

Швидкість напрямленого руху вільних електронів дуже малапорівняно зі швидкістю їхнього хаотичного руху – усього кількаміліметрів за секунду, проте електричне поле у провіднику поши<рюється зі швидкістю близько 300 000 км/с і практично всівільні електрони майже одночасно починають рухатися у пев<ному напрямі. Тому на практиці вважається, що струм виникаєв усіх точках електричного кола одночасно. Ми просто не помі=чаємо, що електричне поле в провіднику виникає не одночасно,а поширюється від точки до точки, щоправда, з надзвичайновеликою швидкістю, яка дорівнює швидкості поширеннясвітла у вакуумі і є найбільшою, що відома науці.

_ _ _

ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÉ ÑÒÐÓÌ

32

Якщо в металах електричний струм створюють вільніелектрони, то в розчинах і розплавах кислот, лугів, солей – позитивно і негативно заряджені йони. Під дією електричногополя позитивно заряджені частинки рухаються в одному на=прямі, а негативно заряджені – у протилежному. В газах струмутворюють рухомі йони обох знаків, а також електрони.

У багатьох випадках ми говоримо не про напрям руху заря=джених частинок, а про напрям струму. То який же він, цейнапрям?

Під дією електричного поля вільні позитивно заряджені ча�стинки рухаються в одному напрямі, а негативно заряджені –у протилежному.

Цілком умовно та історично склалося так, що за напрямструму взяли той напрям, у якому рухаються (або могли б ру�хатися) позитивно заряджені частинки, тобто напрям від пози�тивно зарядженого полюса джерела струму до негативнозарядженого.

Цим правилом і користуються в сучасній науці й техніці.

1. Як пояснити, що за звичайних умов метал електричнонейтральний (незаряджений), хоча до його складу входятьі заряджені частинки?

2. Як змінюється характер руху вільних електронів у металі,коли в ньому виникає електричне поле?

3. Яка природа електричного струму в металі?4. Що мають на увазі, коли говорять про швидкість поширення

струму в провіднику?5. Напрям руху яких заряджених частинок взято за напрям струму?6. Як напрям струму пов’язаний із зарядами полюсів джерела

струму?

_ _ _