Мелкие кусочки бумаги лучше притягиваются к заряженной палочке, если они расположены на проводящей пластинке, а не на изоляторе. Объясните этот факт.

Для объяснения данного явления нужно рассмотреть основы электрических взаимодействий и поведение проводников и диэлектриков в электрическом поле.

Электрический заряд и электростатическое взаимодействие

Электрический заряд — это физическая величина, которая характеризует способность тел вступать в электростатическое взаимодействие. Заряды бывают положительные и отрицательные. Одноимённые заряды (например, два положительных или два отрицательных) отталкиваются друг от друга, а разноимённые заряды (положительный и отрицательный) притягиваются.

Когда палочка заряжается (например, путём трения), на её поверхности возникает избыток заряда. Если поднести такую палочку к другим объектам, она создаёт вокруг себя электрическое поле, которое может воздействовать на эти объекты. В частности, это поле может притягивать мелкие кусочки бумаги.

Индуцированный заряд

Когда заряжённая палочка приближается к другому объекту, в этом объекте могут возникнуть индуцированные заряды. Это явление связано с перераспределением зарядов в материале. В проводниках и диэлектриках это перераспределение происходит по−разному:

1. В проводниках (например, металлах) свободные электроны находятся в состоянии, позволяющем им легко перемещаться под действием электрического поля. Когда заряжённая палочка находится рядом с проводником, в проводнике происходит перераспределение зарядов: заряды противоположного знака относительно палочки смещаются ближе к ней, а заряды того же знака удаляются на противоположный конец проводника. Это создаёт индуцированные заряды, которые усиливают взаимодействие между палочкой и проводником. Поскольку проводник эффективно создаёт противоположный заряд на ближайшей к палочке стороне, сила притяжения становится сильной.

2. В диэлектриках (например, пластике или дереве) свободные заряды отсутствуют, но атомы и молекулы могут быть поляризованы под действием электрического поля. Поляризация — это процесс смещения положительных и отрицательных зарядов внутри атомов или молекул в противоположные стороны. В результате в диэлектрике появляются небольшие области с противоположными зарядами. Однако это взаимодействие обычно слабее, чем в проводниках, поскольку заряды в диэлектрике не могут свободно перемещаться.

Отличие между проводником и изолятором

Таким образом, когда мелкие кусочки бумаги находятся на проводящей пластинке, электрическое поле заряженной палочки индуцирует на пластинке заряды, которые притягивают кусочки бумаги с большей силой, чем заряд, возникающий в самом материале кусочков бумаги. В случае изолятора (диэлектрика) индуцированное взаимодействие будет слабее, так как в изоляторе нет свободных зарядов, которые могли бы перемещаться значительное расстояние.

Объяснение явления

Мелкие кусочки бумаги лучше притягиваются к заряженной палочке, если они расположены на проводящей пластинке, потому что проводящая пластинка усиливает взаимодействие благодаря своей способности быстро перераспределять свободные заряды. Это приводит к тому, что сила притяжения между палочкой и кусочками бумаги становится больше, чем в случае, когда бумага находится на изоляторе, который не может так эффективно взаимодействовать с электрическим полем.