Задание №3 — ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Если воздушный шарик потереть о шерстяной свитер и поднести, не касаясь, к струе воды, то можно наблюдать, как струя воды отклоняется, притягиваясь к шарику (см. рисунок). Какие явления наблюдаются во время данного опыта?
Шарик получил избыточный электрический заряд при трении о шерстяной свитер и притянул струю воды, которая наэлектризовалась в электрическом поле шарика через влияние.
Шарик получил избыточный электрический заряд при трении о шерстяной свитер и частично передал заряд струе воды.
Струя воды всегда наэлектризована за счёт трения между капельками воды в ней и своим электрическим полем притягивает наэлектризованный при трении о шерсть шарик.
Струя воды всегда наэлектризована за счёт трения между капельками воды в ней и своим электрическим полем воздействует на любые тела, поднесённые к ней.
Правильный ответ
1
Пояснение
Решение.
Для того чтобы правильно ответить на вопрос задачи, разберем физические процессы, происходящие в данном опыте, поэтапно:
1. Электризация трением. Когда мы трем воздушный шарик о шерстяной свитер, происходит перераспределение зарядов между поверхностями тел. В результате этого процесса шарик приобретает избыточный электрический заряд (отрицательный или положительный, в зависимости от материалов, но в данном случае важен сам факт наличия заряда). Вокруг заряженного шарика возникает электрическое поле.
2. Электростатическая индукция (электризация через влияние). Когда мы подносим заряженный шарик к тонкой струе воды, его электрическое поле начинает действовать на молекулы воды. Вода является диэлектриком, состоящим из полярных молекул (диполей), а также может содержать небольшое количество свободных ионов. Под действием внешнего поля в струе воды происходит перераспределение зарядов: на стороне струи, обращенной к шарику, скапливается заряд противоположного знака. Этот процесс называется электризацией через влияние (или электростатической индукцией).
3. Взаимодействие зарядов. Поскольку на ближней к шарику стороне струи индуцируется заряд противоположного знака, между шариком и струей возникают силы кулоновского притяжения. Так как струя воды легкая и подвижная, мы отчетливо видим ее отклонение в сторону шарика.
4. Анализ вариантов.
— Вариант 2 неверен, так как в условии сказано, что шарик подносят, не касаясь струи, следовательно, прямая передача заряда невозможна.
— Варианты 3 и 4 неверны, так как обычная струя воды из-под крана сама по себе не является постоянно наэлектризованной; эффект наблюдается именно при поднесении предварительно наэлектризованного шарика.
Таким образом, верным является описание процесса, при котором шарик заряжается при трении и воздействует на струю через электрическое поле, вызывая её электризацию через влияние.
Ответ: 1
Источник: ФИПИ