Диполь — это система 2 зарядов одного и то же количества электричества, с противоположными знаками -q и q. Факты показывают, что нейтральные тела все еще могут взаимодействовать с помощью сил электрической природы, известных как диполи. Чтобы показать существование диполя мы проведем эксперимент.
Эксперимент «Эффект диполя»
Маленькие кусочки бумаги, помещенные под виниловую пластинку, поднимаются и, кажется, начинают танцевать, как только пластинку натирают шерстяной тканью. Этот эксперимент показывает существование поляризационных зарядов, которые появляются на кусочках бумаги, помещенных в электрическое поле, создаваемое заряженным диском.
Ниже мы объясним физические законы, по которым происходит этот эксперимент и возникает необычный танец бумажек.
Подготовка к эксперименту
Вам понадобится:
- виниловая пластинка, по возможности уже поцарапанная и поэтому непригодная для использования;
- две книги одинаковой толщины;
- много крошечных кусочков бумаги;
- меховой или шерстяной свитер.
Проведение эксперимента
Вырежьте очень маленькие кусочки бумаги из тетради и поместите их в пространство между двумя книгами, размещенными на столе. Положите поверх книг непригодный поцарапанный виниловый диск, а затем натрите его мехом или шерстяным свитером.
Кусочки бумаги выпрямляются, некоторые даже соприкасаются с диском, а затем сразу же падают, другие, наоборот, остаются прилипшими к диску.
Пояснение к эксперименту
Пластинка заряжается отрицательно при натирании его мехом или шерстяным свитером. Электростатическое поле, создаваемое отрицательными зарядами диска, вызывает поляризацию зарядов изолирующего материала, образованного бумагой. Поскольку маленькие кусочки бумаги сделаны из изоляционного материала, электрическое поле вызывает поляризацию зарядов. Возникает диполь — что это в физике? Диполь — это система из двух зарядов при этом по центру тело имеет нейтральный заряд — то есть бумажки — это суть диполи — они имеют положительный заряд на одном крае, и отрицательный на другом крае, в центре оставаясь нейтральными.
Кусочки бумаги ведут себя так, как будто они имеют положительный край и отрицательный край. Поэтому они ориентируются так, что их «положительный» край направлен в сторону отрицательно заряженного диска и перемещается в области более интенсивного поля вблизи пластинки. Достаточно легкая бумага так сильно притягивается к ней, что отрывается от стола и касается ее.
Если контакт между куском бумаги и диском ограничен, отрицательные заряды диска не могут пройти по бумаге, где они будут притягиваться локализованным положительным зарядом; лист бумаги остается прикрепленным к диску, потому что противоположные заряды притягиваются, но не могут быть обменены. Если контакт между листом бумаги и диском лучше, то электроны могут перейти от диска к бумаге. Куски бумаги заряжаются только локально из-за поляризации, в целом они нейтральны. После получения электронов, отданных диском, они заряжаются отрицательно и поэтому отталкиваются от пластинки, которая заряжена отрицательно. Феномен танца продолжается, потому что мы продолжаем электрифицировать пластинку трением.
Примечание
Вариант этого эксперимента состоит в том, чтобы наэлектризовать воздушный шар, потерев его и поднеся к нему маленькие кусочки бумаги. Однако описанный здесь эксперимент имеет преимущество, заключающееся в том, что он позволяет наблюдать явления на довольно большой площади и имеет возможность возобновлять заряд пластинки, непрерывно потирая ее.
Вы также можете вырезать небольшие кусочки бумаги в форме снеговиков (такой вариант эксперимента часто описывается в библиографических справках): это позволяет подчеркнуть «танцевальный» аспект опыта.
