Dodatnia pałeczka obok obojętnego elektroskopu

Rozwiązanie

Co oznacza obojętny elektroskop?

Gałka, pręt i oba listki są połączone i tworzą jeden przewodnik. Obojętny przyrząd nie jest pozbawiony ładunków: zawiera dodatnie jony metalu i elektrony, których ładunki łącznie się równoważą. Część elektronów może przemieszczać się wzdłuż przewodnika. Dodatnie jony pozostają na swoich miejscach w metalu. Zaczynamy rysunek od listków opuszczonych i zaznaczamy, że cały elektroskop ma ładunek zero.

Dokąd przemieszczają się elektrony?

Dodatnia pałeczka przyciąga elektrony. Gdy zbliżamy ją do gałki, część elektronów przemieszcza się z listków przez pręt ku gałce. Strzałkę oznaczoną e⁻ rysujemy więc w górę, w stronę gałki. Między pałeczką a gałką pozostawiamy szczelinę: w tym zadaniu nie dochodzi do przekazania elektronów na pałeczkę.

Gałka ma teraz nadmiar elektronów, czyli ładunek ujemny. Na obu listkach pozostaje ich niedobór, czyli ładunek dodatni. Na rysunku stawiamy minus przy gałce i plus przy każdym listku. Dwa dodatnio naładowane listki odpychają się, dlatego rysujemy je rozchylone. Ich dodatni ładunek powstał przez ubytek elektronów, a nie przez przemieszczenie dodatnich jonów z gałki.

Strzałka e⁻ pokazuje przemieszczenie elektronów podczas zbliżania pałeczki. Po ustaleniu się rozkładu ładunku nie płynie stały prąd. Znaki + i − opisują ładunek wypadkowy części przyrządu; nie przedstawiają wszystkich jonów i elektronów. Powiększ rysunek.

Sprawdzamy ładunek całego przyrządu

Elektrony zmieniły miejsce wewnątrz elektroskopu, lecz żadne nie odpłynęły z niego ani do niego nie dopłynęły. Przyrząd jest odizolowany, nie dotykamy go i nie uziemiamy. Nadmiar elektronów w jednej jego części równoważy niedobór w pozostałych. Jeżeli Q oznacza całkowity ładunek gałki, pręta i obu listków, to Q=0 w każdym z trzech pokazanych stanów. Rozchylenie listków nie oznacza więc, że cały elektroskop stał się dodatnio naładowany.

Co zmienia odsunięcie pałeczki?

Po odsunięciu pałeczki nie ma już przyczyny, dla której elektrony gromadziły się przy gałce. Ponownie przemieszczają się wewnątrz przewodnika i zanika wywołane przez nią rozdzielenie ładunku. Listki przestają się elektrostatycznie odpychać i pod wpływem ciężaru opadają. Nie trzeba odprowadzać nadmiarowego ładunku do ziemi, ponieważ taki ładunek nie został na przyrządzie pozostawiony.

Odpowiedź w skrócie

Elektrony przemieszczają się z listków w stronę gałki. Gałka ma nadmiar elektronów, czyli ładunek ujemny; oba listki mają niedobór elektronów, czyli ładunki dodatnie, i się odpychają. Suma ładunków całego elektroskopu nadal wynosi zero: nie wymieniał ładunku z otoczeniem. Po odsunięciu pałeczki rozdzielenie znika i listki opadają. Jest to sytuacja odwrotna pod względem znaków do rysunku z ujemną pałeczką, ale samo rozchylenie wygląda podobnie.

Powiązana teoria

Dlaczego listki elektroskopu się rozchylają?

Dalsza lektura

Materiał referencyjny