Điện hóa thông qua ảnh hưởng

Điện hóa thông qua ảnh hưởng

V. A. Tikhomirova

Hai vật tích điện giống nhau có thể hút nhau không?

Có thể dùng một vật tích điện để tích điện cho một vật khác sao cho điện tích của nó lớn hơn điện tích của vật thứ nhất không?

Để trả lời những câu hỏi này, chúng ta hãy xem xét một hiện tượng vật lý thú vị - hiện tượng cảm ứng tĩnh điện, hay nói cách khác là sự nhiễm điện của các vật thể thông qua tác động.

Chúng ta hãy xem xét kinh nghiệm này. Một quả cầu kim loại không tích điện $B$ được đưa đến gần quả bóng $A$, được tích điện dương $q_A$ (Hình 1). Trong trường hợp này, điện tích xuất hiện trên bề mặt quả bóng $B$: âm ở phía gần quả bóng nhất $A$ và dương ở phía xa. Điều này có thể thấy rõ nếu bạn chạm vào quả cầu điện nghiệm

diện tích tương ứng của bề mặt quả bóng $B$. Không khó để giải thích sự phân bổ phí này. Thực tế là các electron tự do, trước đây được phân bố đều trên toàn bộ quả bóng $B$, dưới tác dụng của điện tích của quả bóng $A$ sẽ chuyển động và được phân phối lại khắp quả bóng sao cho bên trái nhiều hơn bên phải. Do đó, một điện tích âm $-q_B$ được tạo ra, tức là được cảm ứng ở phía bên trái của quả bóng, và một điện tích dương $+q_B$ được tạo ra ở phía bên phải. Đây là hiện tượng cảm ứng tĩnh điện. Nhân tiện, chúng ta hãy lưu ý rằng trong trường hợp của chúng ta, giá trị của điện tích cảm ứng $q_B$ tất nhiên nhỏ hơn giá trị của điện tích cảm ứng $q_A$, vì ảnh hưởng của điện tích cảm ứng cũng mở rộng đến các vật thể khác xung quanh nó, trong đó

Hình 1.

Hình 2.

74

Điện tích cũng được gây ra.

Lực điện luôn tác dụng giữa các vật tích điện. Điều tương tự cũng xảy ra với các quả bóng $A$ và $B$. Chính xác hơn, trong trường hợp này, xuất hiện hai lực - lực hấp dẫn $F_{\text{пр}}$ giữa quả bóng $A$ và phần bên trái của quả bóng $B$ và lực đẩy $F_{\text{от}}$ giữa quả bóng $A$ và phần bên phải của quả bóng $B$ (Hình 2). Vì phần tích điện âm ở gần quả bóng hơn $A$ nên lực $F_{\text{пр}}$ lớn hơn lực $F_{\text{от}}$ và kết quả là các quả bóng sẽ bị lực ròng $F = F_{\text{пр}} - F_{\text{от}}$ hút nhau.

Điều gì sẽ thay đổi nếu quả bóng $B$ lần đầu tiên được tích điện một lượng nào đó $q'_B$, cũng dương? Tất nhiên, tất cả các lập luận trước đây về việc tạo ra các điện tích vẫn có giá trị, nhưng bây giờ chúng ta cũng phải tính đến sự tương tác của các điện tích $q_A$ và $q'_B$. Một lực khác $F'_{\text{от}}$ xuất hiện - lực đẩy của điện tích $q_A$ và $q'_B$. Kết quả cuối cùng sẽ phụ thuộc vào mối quan hệ giữa độ lớn của lực $F$ và $F'_{\text{от}}$, hay nói đúng hơn là vào mối quan hệ giữa độ lớn của điện tích $q_B$ và $q'_B$, vì độ lớn của điện tích càng lớn thì lực tương tác điện càng lớn.

Nếu độ lớn của điện tích cảm ứng $q_B$ lớn hơn độ lớn của điện tích $q'_B$ hiện diện trên quả bóng, thì kết quả là những quả bóng tích điện tương tự vẫn sẽ bị hút.

Khi nào điều này có thể thực hiện được? Chúng ta đã nói rằng độ lớn của điện tích cảm ứng trên vật dẫn nhỏ hơn độ lớn của điện tích tác dụng. Do đó, chỉ khi điện tích $q_A$ lớn hơn nhiều so với điện tích $q'_B$ thì độ lớn của điện tích $q_B$ sẽ lớn hơn điện tích $q'_B$.

Vì vậy, hai vật tích điện giống nhau có thể hút nhau, nhưng để điều này xảy ra, điện tích của một trong hai vật phải lớn hơn nhiều so với điện tích của vật kia.

Chúng tôi đã chỉ ra rằng dưới tác dụng của một vật tích điện, các điện tích có thể được tạo ra trên một dây dẫn, nhưng toàn bộ dây dẫn vẫn trung hòa về điện (Hình 3). Có thể thực sự sạc nó để tổng điện tích không bằng 0? Hóa ra điều đó là có thể, và thậm chí khá đơn giản. Để làm điều này, chỉ cần nối đất dây dẫn trước sự hiện diện của vật thể tích điện trong một thời gian, sau đó tháo cả phần nối đất và vật thể tích điện (Hình 4). Trong trường hợp này, dấu điện tích của vật dẫn sẽ ngược dấu với điện tích của vật. Thật vậy, khi nối đất, các electron tự do, dưới tác dụng của điện tích dương trên cơ thể, đi ra khỏi mặt đất và lưu lại trên dây dẫn, tích điện âm toàn bộ.

Độ lớn của điện tích cảm ứng có thể tăng lên đáng kể, gần như đưa nó đến gần độ lớn của điện tích cảm ứng nếu vật tích điện được đặt bên trong một kim loại dài.

Hình 3.

Hình 4.

75

Hình 5.

một hình trụ (hoặc quả bóng) bằng kim loại có một lỗ nhỏ. Trong trường hợp này, ảnh hưởng của vật tích điện lên các vật thể khác gần như bị loại trừ, do đó, trên bề mặt bên trong của hình trụ (hoặc quả bóng) sẽ xuất hiện một điện tích có độ lớn gần bằng điện tích của quả bóng, nhưng ngược dấu, còn ở bề mặt bên ngoài - giống nhau về độ lớn và dấu. Nếu một vật tích điện chạm vào thành trong của hình trụ, các điện tích trái dấu sẽ bị trung hòa và các điện tích cùng dấu sẽ vẫn tồn tại trên hình trụ giống như trên vật tích điện (Hình 5). Vì vậy, có thể chuyển gần như hoàn toàn điện tích từ cơ thể này sang cơ thể khác.

Bây giờ chúng ta hãy thử trả lời câu hỏi thứ hai được đặt ra ngay từ đầu. Chúng ta có: một quả bóng tích điện $A$, một quả bóng không tích điện $B$, một quả bóng kim loại rỗng và một điện nghiệm mà chúng ta muốn tích lũy một điện tích lớn hơn điện tích của quả bóng $A$.

Trước hết, hãy tích điện quả bóng $B$ bằng cảm ứng (tự nhiên, với điện tích trái dấu). Hãy đưa quả bóng $B$ vào bên trong quả bóng tiếp đất một lúc, sau đó lấy cả quả bóng tiếp đất và quả bóng $B$ ra. Một điện tích sẽ vẫn còn trên quả bóng, có độ lớn bằng điện tích của quả bóng $B$, nhưng trái dấu, tức là trùng với dấu của điện tích của quả bóng $A$. Bây giờ hãy chuyển điện tích này sang máy điện nghiệm. Nếu bạn thực hiện một thao tác như vậy -

nhiều lần thì trên điện nghiệm thực sự có thể thu được điện tích cùng dấu với điện tích ban đầu nhưng có độ lớn lớn hơn nhiều.

Cuối cùng, hãy cố gắng trả lời hai câu hỏi.

1. Một quả bóng dẫn không tích điện $C$ được nối với phía bên trái của quả bóng $B$ bằng một dây dẫn dài dẻo (xem Hình 2). Kết quả là xuất hiện các điện tích dương trên quả bóng. Tại sao?

2. Có một điện tích dương nhỏ trên điện nghiệm. Nếu đưa một que nhiễm điện cao mang điện tích âm lớn đến gần quả cầu điện nghiệm thì các lá của điện nghiệm trước tiên sẽ rụng ra rồi lại phân kỳ. Làm thế nào điều này có thể được giải thích?

Bản vẽ của P. Chernusky

76