Электростатика — Задание 21 ЕГЭ по физике №00048051

Сначала представим прибор. Электрометр — это металлический шар на металлическом стержне, а внизу стержня — два лёгких лепестка (в некоторых приборах стрелка). Шар, стержень и лепестки — один сплошной проводник, и от корпуса он отделён изолятором. Электрометр не заряжен: в нём поровну положительных ионов и электронов. К шару поднесли отрицательно заряженную палочку, но не коснулись его.

Шаг 1 — откуда может взяться заряд. Касания нет, значит, с палочки на электрометр заряд не переходит. По закону сохранения электрического заряда суммарный заряд изолированного электрометра остаётся равным нулю. Заряды могут только перераспределиться внутри него.

Шаг 2 — что двигается. В металле есть свободные электроны, а положительные ионы закреплены в кристаллической решётке. Палочка заряжена отрицательно, а одноимённые заряды отталкиваются (закон Кулона). Поле палочки отталкивает свободные электроны от шара, и они уходят по стержню как можно дальше — вниз, к лепесткам. Это явление называется электризацией через влияние (электростатической индукцией).

Шаг 3 — знаки. На лепестках оказался избыток электронов — они заряжены отрицательно. В шаре электронов стало меньше, чем нужно для нейтральности, — он заряжен положительно. По модулю эти заряды равны, ведь в сумме электрометр нейтрален.

Шаг 4 — почему лепестки разошлись. Оба лепестка получили заряд одного знака — отрицательный — и отталкиваются друг от друга по закону Кулона. Поэтому они и разошлись.

Проверим себя. Если убрать палочку, поле исчезнет, электроны вернутся и равномерно распределятся по проводнику, и лепестки сойдутся — значит, заряд действительно не переходил с палочки, а только перераспределялся. А если бы поднесли положительно заряженную палочку, лепестки тоже разошлись бы, но электроны, наоборот, притянулись бы к шару, и лепестки зарядились бы положительно. По одному расхождению лепестков знак не определить — его определяет знак палочки.