Proiect didacticProiect didactic TemaTema:: Electrizarea corpurilor. Electrizarea corpurilor.

Sarcina electrică.Sarcina electrică.

Legea conservării sarcinii electrice.Legea conservării sarcinii electrice.

Legea CoulombLegea Coulomb..

Profesor: Munteanu StasProfesor: Munteanu Stas

Conţinuturile lecţieiConţinuturile lecţiei::

NNoţiunoţiuneaea de “sarcină electrică”, procesul de “sarcină electrică”, procesul de electrizare; de electrizare;

Aplicarea legii lui Coulomb pentru Aplicarea legii lui Coulomb pentru rezolvarea unor exemple;rezolvarea unor exemple;

Obiective operaţionaleObiective operaţionale

Elevul va cunoaşteElevul va cunoaşte:: – – conceptul de “sarcină electrică”,;conceptul de “sarcină electrică”,; – – Interacţiunea sarcinilor;Interacţiunea sarcinilor; Elevul va fi capabil:Elevul va fi capabil: – – să explice procesul de electrizare;să explice procesul de electrizare; – – să aplice legea conservării sarcinii electrice şi legea lui să aplice legea conservării sarcinii electrice şi legea lui

Coulomb.Coulomb. Elevii vor fi în stare:Elevii vor fi în stare: –– să conştientizeze necesitatea studierii temei reieşind să conştientizeze necesitatea studierii temei reieşind

din aplicarea ei în viaţdin aplicarea ei în viaţaa coti cotiddiană. iană.

Fenomene din viaţa pe care trebuie sa le explicam

1. Masina asta mă electrocutează!

De ce?

3. Balonul meu se agaţă de tocul

uşii?

2. Pieptenele folosit atrage mici bucăti de

hartie.

PPână la sfârşitul secolului ână la sfârşitul secolului alal XVII XVII-lea-lea, , termenul de termenul de electricitate era rezervat electricitate era rezervat fenomenelor de atracţie fenomenelor de atracţie sau respingere dintre sau respingere dintre corpurilecorpurile care care în urma în urma frecării deveneau frecării deveneau electrizate. electrizate.

În În 1733, Charles Du Fay 1733, Charles Du Fay ddescoperă existenţa a două escoperă existenţa a două feluri de electricitate feluri de electricitate : un: unaa obţinută prin frecarea sticlei şi obţinută prin frecarea sticlei şi cealaltă prin frecarea unor cealaltă prin frecarea unor corpuri răşinoase.corpuri răşinoase. Benjamin Benjamin Franklin Franklin le-a botezat cîţiva ani le-a botezat cîţiva ani mai târziu, electricitate pozitivă mai târziu, electricitate pozitivă şi negativă.şi negativă.

Modul în care e alcătuită substanţa a fost multă vreme un Modul în care e alcătuită substanţa a fost multă vreme un mistermister şi şi desluşit după numeroase experimente chimice şi desluşit după numeroase experimente chimice şi fizice. Chimiştii au descoperit că substanţele sunt compuse fizice. Chimiştii au descoperit că substanţele sunt compuse din molecule ( particule mici care păstrează propriedin molecule ( particule mici care păstrează propriettăăţţile ile chimicechimice ale substanţei ale substanţei ). ).

Dar moleculele sunt compuse din particule şi mai mici,Dar moleculele sunt compuse din particule şi mai mici, numite atomi numite atomi (care păstre(care păstreaază propză proprrietăţile elementului ietăţile elementului chimic)chimic). De exemplu molecula de ap. De exemplu molecula de apăă con conţţine 2ine 2 atomi atomi de de hidrogen hidrogen şşi 1 atom de oxigen i 1 atom de oxigen ..

Structura substanStructura substanţeiţei

Atomul este alcătuit din nucleu şi înveliş electronic.

Nucleul, particula centrală a unui atom, este alcătuit din protoni şi neutroni.

Protonii sunt particulele pozitive din nucleu. Numărul de protoni (numărul atomic Z ) identifică elementul chimic şi este egal cu numărul de electroni, deci atomul este neutru din punct de vedere electric. Protonul are următoarele caracteristici :

- masa

- sarcina electrică .

;1066,1 27 kgmp

.106,1 19Cqp

Neutronii

;1066,1 27 kgmn

sunt particulele neutre din nucleu. Numărul neutronilor este (A – Z), A fiind numărul de masă. Neutronul are următoarele caracteristici :

masa

sarcina electrică 0nq C

Învelişul electronic

este spaţiul care înconjoară nucleul şi în care se mişcă electronii. Electronul are următoarele caracteristici :

- masa

-sarcina electrică

.

.106,1 19Ce

;101,9 31kgme

ELECTRIZAREA CORPURILOR

Etimologia acestuia, precum şi a tuturor noţiunilor derivate, o constituie cuvântul grecesc pentru chihlimbar (electron), o răşină naturală care a fost utilizată în Grecia antică pentru a obţine “focul ascuns”- adică sarcini electrice acumulate prin electrizare.

Electrizarea corpurilor a fost descoperită cu mai bine de 2500 de ani în urmă, în Grecia antică. Fenomenul de electrizare, “focul ascuns” , cum îl numeau vechii greci, a fost pentru mult timp considerat o curiozitate. Cuvântul “electricitate” a fost introdus în ştiinţele naturii probabil la sfârşitul secolului al XVI-lea, fiind atribuit lui W. Gilbert (1540-1603).

W. Gilbert (1540-1603)

ModalitaModalitaţţi de electrizare:i de electrizare:• prin frecareprin frecare• prin influenprin influenţţaa• prin contactprin contact

A. Electrizarea prin frecarePrin frecarea unei baghete de ebonită sau chihlimbar cu o bucată de blană se constată că bagheta atrage bucăţele de hârtie sau fire de păr, praf etc.

- -

Dacă bagheta de ebonită este adusă în apropierea unui pendul electrostatic se constată că bobiţa pendulului este atrasă de către baghetă.

-

b

Starea baghetei , ce se manifestă prin propietatea acesteia de a atrage corpuri uşoare, se numeşte stare de electrizare.

Atunci când un corp nu este electrizat spunem că se află în stare neutră.

Procesul prin care un corp trece din stare neutră în stare de electrizare se numeşte electrizare.

B. Electrizarea prin influenţă

+

++

+

++

+

-

-

-

-

-

-

-

------

+

++

+

++

+

-

-

-

-

-

-

-

+

++

+

++

+

-

-

-

-

-

-

-

Corp neutru

electronproton

În corpul neutru are loc o separare de sarcini electrice prin respingereaelectronilor. Faţă în faţă ramân sarcini de semn contrar şi de aceea bagheta electrizatăatrage corpul neutru.

Baghetă plastic(încărcată negativ)

+

++

+

++

+

-

-

-

-

-

-

-

------

+

++

+

++

+

-

-

-

-

-

-

-

Dacă îndepărtăm bagheta, electronii revin la pozitiile iniţiale şi corpul revine la starea iniţiala (neutru din punctde vedere electric).

Corp neutru

+

++

+

++

+

-

-

-

-

-

-

-

eletronproton

++++++

+

++

+

++

+

-

-

-

-

-

-

-+

++

+

++

+

-

-

-

-

-

-

-

Baghetă sticlă(încărcată pozitiv)

În corpul neutru are loc o separare de sarcini electrice prin atragerea electronilor de către protonii suplimentari din baghetă. Faţă în faţă rămân sarcini de semn contrar şi de aceea bagheta electrizată atrage corpul neutru.

++++++

+

++

+

++

+

-

-

-

-

-

-

-+

++

+

++

+

-

-

-

-

-

-

-+

++

+

++

+

-

-

-

-

-

-

-+

++

+

++

+

-

-

-

-

-

-

-

Dacă îndepărtăm bagheta, electronii revin la poziţiile iniţiale şi corpul revine la starea iniţiala (neutru din punctde vedere electric).

------

+

++

+

++

+

-

-

-

-

-

-

-+

++

+

++

+

-

-

-

-

-

-

-

C.ELECTRIZAREA PRIN CONTACT

+

++

+

++

+

-

-

-

-

-

-

-+

++

+

++

+

-

-

-

-

-

-

-

------

Electronii din baghetă ( o parte), fiind atraşi de protonii din corp, trec în acesta. În acest fel, atunci când îndepărtămbagheta, corpul se încarcă cu sarcină electrică negativă.

++++++

+

++

+

++

+

-

-

-

-

-

-

-

++++++

+

++

+

++

+

-

-

-

-

-

-

-

Electronii din corp (o parte), fiind atrasi de protonii din bagheta, trec in aceasta. Indepartand bagheta, corpul seincarca cu sarcina pozitiva.

OBSERVATII:

1. Electronii (particule purtatoare de sarcina elementara)nu pot fi creati si nu pot sa dispara. Electronii pot sa treaca de pe un corp pe un alt corp.

2. In cazul electrizarii prin frecare, un corp se electriaeazanegativ, (bagheta de plastic primeste electroni), iar celalalt corp se electrizeaza pozitiv (blanita pierde electroni). Electronii trec din blanita pe bagheta.

3. In cazul electrizarii prin contact electronii trec de pe un corp pe celalalt.

Legea conservării sarcinii electrice:

q1+q2+q3+…+qn=const.In sisteme izolate ( sisteme care nu pot schimba electroni cu mediul exterior) sarcina electrica se conservă.

Sarcina electrică

Mărimea fizică scalară ce măsoară starea de electrizare se numeşte sarcină electrică (notată cu q sau Q ).

(Coulomb)În practică se utilizează submultiplii coulombului :

Sarcina electrică este un multiplu de sarcini elementare : Sarcina elementară (e) este cea mai mică sarcină electrică posibilă (sarcina electronului în valoare absolută) :

1SI

q C

3 6 9 121 10 10 10 10C mC C nC pC eNq

.106,1 19Ce

Dacă printr-un procedeu oarecare (frecare) se modifică numărul de electroni din înveliş, atunci atomii devin ioni pozitivi dacă au pierdut electroni şi ioni negativi dacă există un surplus de electroni faţă de numărul protonilor din nuclee. Prin frecare are loc un transfer de electroni între corpuri :

• corpul care cedează electroni se încarcă pozitiv cu sarcina

• corpul care primeşte electroni se încarcă negativ cu sarcina

(N este numărul de electroni transferaţi).

;1 eNq

;2 eNq

Problemă

1. Câţi electroni a primit un corp electrizat cu o sarcină Q = -10 C ? Cu cât a crescut masa corpului după electrizare ?

Q = - 10 C

N = ?

Δm = ?Corp

electron

----

Unde : N = numărul de electroni şi e = sarcina unui electron

Unde : = variaţia masei şi = masa electronului m em

-

kgmmNm e123119 10875,56101,91025,6

electroniC

CN

e

QNeNQ 19

191025,6

106,1

10

Interacţiunea sarcinilorInteracţiunea sarcinilor

Experimental s-a constatat că două corpuri electrizate se resping dacă au sarcini de acelaşi fel şi se atrag dacă au sarcini electrice diferite.

Constanta de proporţionalitate k depinde de mediul în care se află sarcinile electrice şi de sistemul de unităţi de măsură. Pentru vid constanta are valoarea

LEGEA LUI COULOMB

Pe baza datelor experimentale, fizicianul Charles Coulomb a formulat în anul 1785 legea interacţiunii dintre corpurile electrizate:

Două sarcini electrice punctiforme, aflate în repaus, interacţionează cu o forţă direct proporţională cu produsul dintre valorile sarcinilor şi invers proporţională cu pătratul distanţei dintre ele. Forţele de interacţiune a sarcinilor sunt orientate de-a lungul dreptei pe care sunt situate sarcinile şi au sensuri opuse

+ +F-F

r2

21

r

qqkF

9 2 20 9 10 /k N m C

2. Două corpuri mici, identice, încărcate electric cu sarcinile şi, respectiv, se aduc în contact şi apoi se depărtează la distanţa r = 1m în aer. Se cere :

a) sarcină electrică pe care o va avea fiecare corp după punerea în contact ;

b) forţele de interacţiune electrostatică .

1 1q C

2 3000q nC

61 1 10q C C

62 3000 3 10q nC C

r = 1 m

a) q = ?

b) F = ?

+++

+ +

+++

++ +

++

++

+

+++

+

q1 q2 q q

a) Corpurile fiind identice, după contact, vor avea sarcini electrice egale.

1 21 2 1 2 2

2

q qq q q q q q q q

6 6 6610 3 10 4 10

2 102 2

q C

b) Pentru aer . ok k

+ +F-F

r

q q

mNNF

r

qkF 361036

1

102109 3

269

2

2

3. Două sfere metalice identice, cu masele egale m = 0,1 g, situate în aer, sunt suspendate din acelaşi punct prin două fire izolatoare, de lungime l = 20 cm. Care sunt sarcinile electrice (egale) ale celor două sfere, dacă unghiul format de cele două fire este ?90

40,1 10

20 0,2

90

?

m g kg

l cm m

q

T

G

F

2

2

2

r

R

Sfera este în echilibru dacă rezultanta dintre greutate şi forţa electrică are acelaşi modul ca tensiunea din fir,aceeaşi direcţie şi sens opus.

2

2

2

2sin 2 sin2 2

Ftg

G

qF k

rr

r ll

2

2 24 sin2

qF k

l

G mg

2

2 22

2 2

4 sin2

2 2 4 sin2

qkl kq

tg tgmg l mg

2 24

99

4 sin 2 10 102 2 22 sin 2 0,2 94,28 10 94,282 2 9 10

l mg tg mg tgq l C nC

k k

4. Două corpuri punctiforme, încărcate cu sarcinile şi respectiv, , se află la o distanţă r = 1m în aer. Determină poziţia x (faţă de ) în care trebuie plasată o sarcină astfel încât, indiferent de valoarea ei, să se afle în echilibru.

1 1q C 2 3q C1q 3q

61

62

1 10

3 3 10

1

?

q C C

q C C

r m

x

Cele două corpuri, fiind ambele încărcate pozitiv, vor atrage sarcina a treia şi ea trebuie plasată între corpuri pentru a rămâne în echilibru. Primul corp atrage sarcina cu o forţă F1 şi al doilea cu o forţă F2. Condiţia de echilibru este ca cele două forţe să fie egale ca modul.

3q

x r

3q1q 2qF1 F2

+ +-

1 2

1 31 2

2 32 2

F F

q qF k

xq q

F kr x

1 21 3 2 3 1 22 22 2

q qq q q q q qk kx x x r xr x r x

1 2 62

61

10,366 36,6

3 101 110

rr x q x q x m cm

qq

Tema pe acasăTema pe acasă

Manual cl 11 M. Marinciuc 1.1; 1.2 Manual cl 11 M. Marinciuc 1.1; 1.2 Manualul cl 11. G. Ţurcanu Manualul cl 11. G. Ţurcanu §§11 Manual cl10-12 Botgros Manual cl10-12 Botgros prob 4 de pe fişă(obligatoriu)prob 4 de pe fişă(obligatoriu)Prob. 3 la dorinţă.Prob. 3 la dorinţă.

Realizat de Realizat de

prof. grad didactic 1 prof. grad didactic 1 Munteanu Stanislav Munteanu Stanislav