1. Az elektromos állapot
1. Az elektromos állapot
⚡ Mindennapi jelenségek
Dörzsöléskor (ruha, haj, műanyag szék) töltésszétválasztás történik. A feltöltött testek vonzanak vagy taszítanak könnyű tárgyakat. A vízsugár mindig elhajlik a feltöltött rúd felé (dipólus). Villámlás: a fény gyorsabban érkezik, mint a hang → ezért látjuk előbb a villámot.
⚡ Elektromos töltés és állapot
Kétféle töltés létezik: pozitív és negatív. A pozitív töltés: elektronhiány, a negatív töltés: elektrontöbblet. Azonos töltések taszítanak, ellentétesek vonzanak. A semleges testet mindkét töltés vonzza (indukció).
⚡ Dörzsölés és töltésátadás
Üvegrúd + bőr → pozitív töltés. Műanyag rúd + szőrme → negatív töltés. Dörzsöléskor mindkét test töltötté válik, de ellentétes előjelűvé.
⚡ Az elektrosztatikus erő
A távolság növelésével csökken, csökkentésével nő. A testek érintkezés nélkül is hatnak egymásra → távolhatás.
⚡ Vezetők és szigetelők
Vezetőkben (fémek, emberi test, grafit) a töltések könnyen mozognak. Szigetelőkben (üveg, műanyag, porcelán) a töltések nem tudnak szabadon elmozdulni. A vezető megérintésekor a töltés azonnal elszökik → ezért kell szigetelő nyél.
⚡ Földelés
A vezetőt a földdel összekötve a töltés levezetődik → a test semleges lesz. A földelés védi az eszközöket az elektrosztatikus kisüléstől.
⚡ Elektroszkóp
A töltést taszítóerő alapján jelzi. A lemezek kitérése arányos a rajtuk lévő töltéssel. Elektrométer: mennyiségi mérésre is alkalmas.
⚡ Anyagszerkezeti magyarázat
A töltésváltozás oka az elektronok átvándorlása egyik anyagról a másikra. A pozitív töltés: elektronhiány, a negatív töltés: elektrontöbblet. A vezetőkben a szabad elektronok könnyen mozognak.
⚡ Elektromos jelenségek a mindennapokban
Vér–érfal súrlódása, járás, autó–út érintkezése → töltésszétválasztás. Műanyag padló, autókarosszéria → kis szikra érintéskor. Benzin műanyag kannában → robbanásveszély a szikra miatt. Antisztatikus bevonatok, kormos gumi → feltöltődés csökkentése.
Forrás:
https://kemfiz.hu/fizika_kozep_elektrosztatika.html
Elemző
6. Sztatikus feltöltődés, pulóver, pamut, cipőtalp:
a) Miért szikrázik a műszálas pulóver pamut póló felett, és miért nem, ha mindkettő pamut?
b) Milyen töltést kap a műszálas pulóver, és melyik irányba lépnek át az elektronok?
c) Mivel kell dörzsölni a hajat, ha negatív töltést akarunk rajta felhalmozni?
d) Miért akadályozza meg a feltöltődést a gumitalpú cipő helyett a fémszálas talpú cipő?
e) Hegyes vagy tompa fém tárgy közelében jön könnyebben létre kisülés?
Megoldás:
a) Miért szikrázik a műszálas pulóver?
A műszál és a pamut különböző helyen áll a dörzselektromos sorban → elektronok lépnek át a pamutról a műszálra. A műszál negatív, a pamut pozitív lesz → nagy feszültség → szikrák. Ha mindkettő pamut: nincs töltéskülönbség → nincs szikrázás.
b) Milyen töltést kap a műszál?
A műszál negatív töltést kap. Elektronok a pamut pólóról a műszálas pulóverre lépnek át.
c) Mivel dörzsöljük a hajat, ha negatív töltést akarunk?
Olyan anyaggal, amely a triboelektromos sorban a hajtól balra áll → pl. műanyag fésűvel vagy műszálas anyaggal.
d) Miért jó a fémszálas talpú cipő?
A fémszálas talp vezeti a töltést a talaj felé, így a test nem tud feltöltődni. A gumitalp szigetel → a töltés rajtunk marad.
e) Hegyes vagy tompa tárgy közelében lesz könnyebben kisülés?
Hegyes tárgynál. A csúcson a töltés nagyon kis felületre koncentrál → nagy térerősség → könnyen ionizálódik a levegő → létrejön a kisülés.
Tesztek
https://kemfiz.hu/fizika_kozep_elektrosztatika.html
1, 5, 6, 9, 22, 37, 41, 55, 61
1. Pozitív töltésű elektroszkóphoz negatív töltésű testet közelítünk. Mit tesz a mutató?
Helyes válasz: B) Kevésbé tér ki.
Magyarázat: A negatív test részben "semlegesíti" a pozitív töltést, a lemezek közelebb kerülnek egymáshoz.
5. Töltetlen elektroszkóp gömbjéhez negatív műanyag rudat közelítünk. Kitér-e a mutató?
Helyes válasz: C) Az elektroszkóp mutatója kitér az elektromos megosztás miatt.
Magyarázat: Indukcióval töltésmegosztás jön létre, a lemezek töltést kapnak, eltávolodnak.
6. Semleges fémtest közelébe töltött részecskét helyezünk. Hat-e rá elektromos erő?
Helyes válasz: B) Igen, vonzóerő.
Magyarázat: A semleges testben megosztás jön létre, a töltött részecskét vonzza az indukált ellentétes töltés.
9. Negatív töltésű elektroszkóp fegyverzetéhez negatív töltésekkel közelítünk. Mit tesznek a mutatók?
Helyes válasz: A) Még jobban kitérnek.
Magyarázat: A külső negatív töltés tovább növeli az elektroszkóp negatív töltését, a lemezek jobban taszítják egymást.
22.Töltetlen elektroszkópot pozitív többlettöltéssel látunk el. Mi történik a lemezekkel?
Helyes válasz: A) A lemezek egymástól eltávolodnak, ugyanúgy, mintha negatív töltést vittünk volna fel.
Magyarázat: Azonos előjelű töltések kerülnek a lemezekre, ezért taszítják egymást.
37. Statikus feltöltődéskor "égnek áll" a hajunk. Miért?
Helyes válasz: A) A hajszálaink azonos előjelű töltésre tesznek szert, taszítják egymást, és minél távolabb kerülnek egymástól.
Magyarázat: Amikor a hajszálak azonos töltést kapnak (mind negatív vagy mind pozitív), akkor taszítják egymást. Mivel a hajszálak könnyűek és rugalmasak, a taszító elektromos erő erősebb lehet, mint a gravitáció, ezért a hajszálak szétállnak, "felborzolódnak".
41. Negatív ebonitrúd vonzza a vízsugarat. Mit tesz a vízsugár pozitív üvegrúd esetén?
Helyes válasz: A) A pozitívan töltött rúd ugyanúgy vonzza a vízsugarat.
Magyarázat: A víz dipólus, mindkét előjelű töltés polarizálja és vonzza.
55. Fémkorlát "megráz", szikra pattan át, amikor megfogjuk. Mi ennek az oka?
Helyes válasz: D) Cipőtalpunk, ruháink dörzsölődése miatt töltődünk fel, s ezt a többlettöltést vezeti el a fémkorlát.
Magyarázat: A felhalmozódott sztatikus töltés a testünkön marad, mert a cipőtalp és a ruhák többnyire szigetelők. Amikor egy vezető tárgyhoz (pl. fémkorláthoz) érünk, a töltés hirtelen levezetődik, és ez okozza a kis szikrát vagy "megrázó" érzést.
61. Két semleges anyagdarabot egymáshoz dörzsölünk, mindkettő töltött lesz. Milyen erőhatás ébred köztük?
Helyes válasz: A) Vonzás.
Magyarázat: Az egyik pozitív, a másik negatív töltésű lesz → ellentétes töltések vonzzák egymást.