Задание №5 — ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Лёгкий алюминиевый шарик, подвешенный на нити, притянулся к поднесённой заряженной стеклянной палочке (см. рисунок).
Можно ли сделать однозначный вывод, что изначально шарик был заряжен?
Можно: шарик имел отрицательный заряд, потому что электростатическое притяжение может наблюдаться только для тел, имеющих разноимённые заряды.
Можно, потому что все металлы имеют свободные электроны и, соответственно, избыточный отрицательный заряд.
Нельзя, так как заряд мог передаться при соприкосновении шарика и палочки.
Нельзя, так как первоначально незаряженный шарик в электрическом поле палочки мог наэлектризоваться через влияние.
Правильный ответ
4
Пояснение
Решение.
Для того чтобы ответить на вопрос задачи, разберём физические процессы, происходящие при поднесении заряженного тела к проводнику.
1. Взаимодействие заряженных тел. Согласно закону Кулона, тела, имеющие заряды противоположных знаков, притягиваются друг к другу. Стеклянная палочка, потёртая о шёлк, заряжается положительно. Если бы алюминиевый шарик изначально имел отрицательный заряд, он бы притянулся к палочке. Однако это не единственный возможный сценарий.
2. Явление электростатической индукции (электризация через влияние). Алюминий является проводником, то есть содержит большое количество свободных носителей заряда — электронов. Когда мы подносим положительно заряженную палочку к нейтральному (незаряженному) шарику, электрическое поле палочки начинает действовать на свободные электроны в металле.
3. Перераспределение зарядов. Под действием притяжения к положительному заряду палочки свободные электроны смещаются на ту сторону шарика, которая ближе к палочке. Таким образом, на ближней стороне шарика образуется избыточный отрицательный заряд, а на дальней — избыточный положительный заряд (недостаток электронов). Суммарный заряд шарика при этом остаётся равным нулю.
4. Притяжение. Сила электрического взаимодействия зависит от расстояния: чем ближе заряды, тем сильнее они взаимодействуют. Отрицательно заряженная сторона шарика находится ближе к палочке, чем положительно заряженная. Следовательно, сила притяжения отрицательных зарядов к палочке будет больше, чем сила отталкивания положительных зарядов. В результате шарик в целом притянется к палочке.
Вывод: Притяжение наблюдается как в случае, если шарик заряжен отрицательно, так и в случае, если он изначально был нейтрален. Следовательно, сделать однозначный вывод о наличии первоначального заряда у шарика нельзя.
Ответ: 4
Источник: ФИПИ