Изучение электрических свойств различных веществ и предметов изначально проводилось с помощью наблюдения за эффектами электризации. Какие тела могут накапливать электрический заряд и какого знака, с помощью каких веществ можно передать заряд от одного тела к другому, почему одни вещества передают заряд хорошо, а другие гораздо хуже, либо не передают вовсе? Об этом пойдет речь в данной статье.
Рис. 1. Как устроен электроскоп
Электроскоп представляет собой простой, наглядный прибор. Основная идея работы его конструкции основана на свойстве отталкивания тел, заряженных одноименными зарядами. На одном из концов металлического прутка (стержня) закреплены две полоски тонкой бумаги или металла (фольги). Если к противоположному концу поднести заряженный предмет (расческу, палочку из эбонита), то полоски, оттолкнувшись друг от друга, образуют перевернутую римскую цифру V.
Заряды с предмета перетекают по металлическому прутку на полоски, которые получив одноименный заряд, отталкиваются друг от друга, что позволяет экспериментатору видеть наличие зарядов в электроскопе. Полоски помещают внутрь стеклянного, прозрачного сосуда (колпака), чтобы случайные потоки воздуха не влияли на наблюдения. Стержень вставляется в колпак через резиновую пробку.
Электрометр — усовершенствованный электроскоп
Усовершенствованием электроскопа в XVIII веке занимался великий русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов. Улучшенная версия была названа электрометром.
Принципиально конструкция осталась такой же. Верхняя часть передающего заряд прутка была снабжена объемным шаром, чтобы можно было размещать больше зарядов. В нижней части прутка пластинки были заменены на легкую металлическую стрелочку, по углу отклонения которой можно оценить величину электрического заряда.
В целом можно сказать, что электрометр — это электроскоп с измерительной шкалой.
Проводники и непроводники
Электроскоп и электрометр помогают не только обнаруживать электрический заряд и выяснять наэлектризован предмет или нет, но и судить о величине этого заряда. С помощью этих приборов исследователям удалось установить, что часть тел по электрическим свойствам относятся к проводникам электричества, а другая часть к непроводникам электричества. Для этого берут два электрометра и проводят следующие эксперименты:
- Первый эксперимент. Один электрометр заряжают, а второй полностью разряжают. Затем берется металлический провод, но не голой (незащищенной рукой), а через изолятор ( пластик или резину), которым соединяют (замыкают) электрометры. Стрелка до этого незаряженного электрометра быстро отклонится от вертикального (нулевого) положения. Следовательно металлы являются очень хорошими проводниками, то есть веществами, которые обладают способностью передавать электрические заряды от заряженного тела к незаряженному. Примеры хороших проводников: алюминий, медь и серебро. Кроме металлов хорошими проводниками является вода, соли, кислоты и щелочи;
- Второй эксперимент. Снова заряжают первый электрометр и полностью разряжают второй. Далее берется пластмассовая линейка и, тоже с помощью промежуточного изолятора, замыкают два электрометра. В результате никаких изменений в состоянии электрометров не происходит. Второй электрометр остался по прежнему незаряженным. Отсюда следует, что пластмассовая линейка не пропустила электрические заряды. Предметы из таких веществ как пластмасса называют непроводниками электричества.
Следует отметить, что непроводники электричества могут наэлектризовываться. Здесь нет никакого противоречия, так как электризация происходит при переходе электронов от одного тела к другому (например, трение эбонитовой палочки шерстью). А электрический ток — это направленное движение заряженных частиц внутри тела.
Кожа человека и в целом тело, тоже обладают хорошими проводящими свойствами, потому что, как известно, человек на 80% состоит из “воды”. Это необходимо всегда помнить, и в целях собственной безопасности крайне осторожно себя вести с предметами, находящимися под напряжением (электроприборы, розетки, оголенные провода и т.п.), так как электрический ток может привести к серьезным перебоям в работе сердца (травмам).
Примеры непроводников электричества
Таким образом к непроводникам электричества относятся вещества, через которые электрические заряды не могут перетекать от заряженного тела к незаряженному. Такие вещества еще называют диэлектриками. Детали и приспособления, изготовленные из диэлектриков, именуются изоляторами, которые применяют в целях защиты от воздействия электричества. Приведем некоторые примеры непроводников электричества:
- Эбонит;
- Стекло;
- Пластмассы;
- Янтарь;
- Резина;
- Капрон, шелк;
- Смолы;
- Воздух и другие газы;
- Сухое дерево.
Надо иметь ввиду, что диэлектрические свойства некоторых веществ зависят от состояния окружающей среды. Например, при повышении влажности воздуха некоторые диэлектрики переходят в разряд проводников электричества. Яркий тому пример — молния, которая наблюдается когда начинает идти дождь, повышающий влажность воздуха.
Что мы узнали?
Итак, мы узнали что к непроводникам электричества относятся вещества, через которые электрические заряды не могут перетекать от заряженного тела к незаряженному. Данный класс веществ также называют диэлектриками. Предметы и детали для защиты от воздействия электричества, изготовленные из диэлектриков, называются изоляторами.
