Наелектризирай!

Търкането мести електрони

Всяко тяло е изградено от положителни и отрицателни заряди. Обикновено те са поравно и тялото е неутрално. Когато търкаш две различни тела едно в друго, част от електроните (малките отрицателни заряди) преминават от едното в другото.

• Зарядът не се създава: колкото електрони вземе пръчката, толкова губи парцалът. Двете тела получават еднакви по големина и противоположни заряди.
• Пластмасата, търкана с вълна, коприна, хартия или коса, взема електрони и става отрицателна. Стъклото, търкано с коприна, вълна или хартия, дава електрони и остава положително.
• Положителните заряди в твърдите тела не се местят – местят се само електроните.

Колко са? Заряд от 20 nC звучи нищожно, но това са около 125 милиарда електрона. А от всички електрони в пръчката са се преместили нищожна част.

Има граница

Първите няколко търкания добавят много заряд, после все по-малко. Зарядът расте към граница, която зависи от двойката материали и от въздуха. Във влажен въздух пръчката се зарежда по-слабо и губи заряда си по-бързо – за десетки секунди вместо за минути.

Защо се привлича неутралната хартийка

Хартийката е неутрална, но зарядите в нея могат да се разместят. Близо до отрицателна пръчка положителните заряди на хартийката се събират на близката страна, а отрицателните – на далечната. Близката страна е по-близо, затова привличането е по-силно от отблъскването и хартийката подскача.

Същото става и при положителната стъклена пръчка – тогава към близката страна идват отрицателните заряди. Затова неутралното тяло се привлича и от плюс, и от минус. Така пръчката огъва и тънка струя вода: зарядите във водата се разместват и струята се огъва към пръчката при всеки знак.

Изненада: магнитът не вдига хартийки. Хартията не е магнитна, а магнитът не е зареден – статичното привличане не е магнетизъм.

Привличането отслабва много бързо

• Отдалечиш ли пръчката двойно, привличането на неутрална хартийка пада около 30 пъти – много повече от четири пъти.
• Затова двойно повече заряд не вдига хартийки от двойно по-голяма височина: центърът на върха може да е само около 1,3 пъти по-високо.
• Хартийка от 2 mg подскача, когато долният край на върха е на около сантиметър над нея.

Знаеш ли, че… далеч от пръчката силата върху неутрална хартийка е пропорционална на Q²/r⁵: двоен заряд – четири пъти по-силно, двойно разстояние – 32 пъти по-слабо.

Защо хартийката отскача

Когато хартийката докосне пръчката, тя взема малко от заряда ѝ. Сега двете имат еднакъв знак и се отблъскват – хартийката отскача като пружинка. Докато зарядът ѝ не изтече във въздуха, пръчката не може да я вдигне отново.

Какво опростява симулацията

• Редът на материалите е качествен: в различните справочници е малко различен и зависи от влагата, натиска и чистотата. Големината на заряда за всяка двойка е правило на играта в три нива.
• Хартийката е представена като малко топче, в което зарядите се разместват; формата и изправянето ѝ по полето са пренебрегнати. Височината на подскачане е оценка на модела.
• Колко заряд взема хартийката при допир и колко дълго стои залепена са правила на играта, а отклонението на струята е нарисувано по опростено правило.

Безопасност

• Опитите с гребен, пластмасова линийка и хартийки са безопасни у дома. Искрата от статично електричество може да щипе, но не вреди.
• Пази водата далеч от контакти и уреди. За струята ползвай само чешма и пластмасова пръчка.
• Никога не прави опити с ток от контакта, зарядни, акумулатори или уреди за високо напрежение. Край бензиностанции и запалими пари статичното електричество е опасно – там не търкай и не прави искри.