В музее−усадьбе «Архангельское» под Москвой есть картина художника Шарля Ван Лео «Электрический опыт». В центре картины изображена девушка на изолирующей подставке. В руках она держит два стержня. Стержень, который она держит в левой руке, почти касается стеклянного шара, который, вращаясь, трётся о материал подушечки и вырабатывает заряд. Другой стержень девушка опустила в банку с водой, которую держит негритёнок. Какой электрический опыт изобразил художник?
Опыт с лейденской банкой в её первоначальном варианте.
До изобретения «вольтова столба» (1799 г.) лабораторными источниками электричества служили только машины, основанные на электризации трением. Такая машина и изображена на картине − стеклянный шар, который при вращении трется о подушечку и вырабатывает заряд. Девушка стоит на изолирующей подставке. Стержень, который девушка держит в левой руке, почти касается вращающегося шара. Видны искры между шаром и стержнем. Тело человека − неплохой проводник, поэтому другой стержень, который девушка держит в правой руке, также оказывается заряженным.
Главный участник опыта − негритенок. В правой руке он держит сосуд с водой, куда погружен только что упомянутый стержень. Сосуд − это и есть лейденская банка в ее первоначальном варианте (1745 г.). В лейденской банке, изображенной на картине, диэлектриком служит стекло, внутренним электродом — вода, а внешним — ладонь экспериментатора. На картине изображен момент зарядки конденсатора. Пройдет мгновенье, негритенок приблизит свободную руку к стержню, между стержнем и рукой проскочит искра − и конденсатор разрядится через негритенка, который испытает электрический удар.
Чтобы понять, какой электрический опыт изобразил художник, необходимо углубиться в теоретические основы электричества и процессов, связанных с накоплением и передачей электрического заряда.
Электрический заряд
Электрический заряд — это физическая величина, характеризующая способность тела участвовать в электромагнитном взаимодействии. Существует два вида зарядов: положительные и отрицательные. Заряды взаимодействуют по принципу:
− одноимённые заряды (например, два положительных или два отрицательных) отталкиваются;
− разноимённые заряды (положительный и отрицательный) притягиваются.
Электризация
Электризация — процесс, при котором тело приобретает электрический заряд. Это может происходить различными способами:
1. Трение — при трении двух материалов один из них теряет электроны, а другой их приобретает. Пример: стеклянная палочка, протёртая шёлковой тканью, становится положительно заряженной.
2. Контакт — заряженное тело передает часть своего заряда другому телу при соприкосновении.
3. Индукция — процесс перераспределения зарядов внутри проводника, вызванный наличием внешнего электрического поля.
Электростатическое поле
Электростатическое поле — это поле, создаваемое неподвижными электрическими зарядами. Оно является областью, в которой на другие заряженные тела действует сила. Характеристики поля определяются направлением и величиной вектора напряжённости.
Принципы работы электростатических машин
Электростатические машины — устройства, способные генерировать электрические заряды. В данном случае упоминается стеклянный шар, который вращается и трётся о подушечку. Это одна из реализаций электростатической машины. При трении электронная структура материалов изменяется, что приводит к накоплению зарядов на поверхности стеклянного шара.
Изолирующая подставка
Изолирующая подставка — это материал, который не проводит электрический ток (например, стекло, дерево, пластик). Она используется для предотвращения утечки накопленного заряда. Если тело находится на изолирующей подставке, заряд, накапливаемый на нём, остаётся локализованным.
Вода является проводником электрического тока, так как в ней содержатся свободные ионы. Когда заряженный объект соприкасается с водой, заряд может перераспределиться, передаваясь ионам воды. Зависимость поведения заряда в воде определяется её составом (например, чистая вода — слабый проводник, а вода с примесями солей — хороший проводник).
Таким образом, взаимодействие заряда через воду может быть частью эксперимента, демонстрирующего передачу электрического заряда или его влияние на физические свойства воды.
На картине изображён классический опыт, связанный с передачей и демонстрацией электрического заряда. Основные процессы, которые могут быть частью опыта:
1. Заряжение стеклянного шара при трении о материал подушечки.
2. Передача заряда через стержень, который касается шара, на тело девушки, стоящей на изолирующей подставке.
3. Передача заряда через второй стержень в воду, что может быть использовано для демонстрации влияния электрического заряда на проводники, такие как вода.
Это позволяет зрителям визуально наблюдать свойства электрического заряда и его взаимодействие с материалами.
Пожауйста, оцените решение
