Электр заряды. Электрлену. Электр зарядының сақталу заңы.Кулон заңы

Сабақ түрі: Жаңа білімді меңгерту.
Сабақ әдісі: Топпен, жұппен, жекелей жұмыс. («Блум» әдісі, «Оқу мен жазу арқылы сыни тұрғысынан ойлау» бағдарламасының кейбір элементтері «INSERT» - түртіп алу стратегиясы)
Көрнекілігі: Интерактивті қалам, слайд, сызба - нұсқалар, электронды оқулық. кластер
Пәнаралық байланыс: химия, биология
Сабақтың өту барысы:
 І. Ұйымдастыру бөлімі.
 ІІ. Үй тапсырмасын тексеру.
 ІІІ. Қызығушылықты ояту.
 IV. «Миға шабуыл»
 V.«Мағынаны танып білу» (Слайдтар арқылы жаңа сабақ түсіндіру)
 VI Қысқаша - тест
 VII. Электронды оқулық.
 VIII. Есептер шығару.
 IX. Үйге тапсырма.

IV. «Миға шабуыл»
Оқушыларға тақырыпқа байланысты әртүрлі мысалдар келтіре отырып сұрақтар қоямын.
а) Құрғақ шүберекпен айнаны сүрткенде қандай құбылыс болады? (шыны мен пластинка тозаңды және басқа ұсақ бөлшектерді өзіне тартады)
ә) Синтетикалық киімді шешкенде нені байқайсыңдар?( шытырлаған дыбыс ести аласыңдар, ал қараңғы бөлмеде тіпті жарқылды да байқайсыңдар)
б) Мысықты сипағанда? (шытырлаған дыбыстар естіледі)
в) тарақты алып құрғақ шашты тарағанда, содан кейін кішкене қағазды жақындатқанда нені байқадыңдар? (ұсақ қағаз қиындыларын өзіне тартатынын көресіңдер)
Бұл құбылыстар өте ертеден белгілі болған. Біздің заманымызға дейін 600 - жылдары ертедегі гректер сары янтарьдың ерекше қасиеті бар екенін байқаған. Яғни янтарьды теріге немесе жүнге үйкегенде оның әртүрлі денелерді өзіне тартқанын байқаған. Сол кезде гректер сары янтарьды өндірген.
V.«Мағынаны танып білу» (Слайдтар арқылы жаңа сабақ түсіндіру)
«Электрлену»,«электр заряды»,«электр тогы» сөздері сендерге бала кезден белгілі. Бұл сөздерге үйренгеніміз сонша, олардың мағынасын толық түсінетін секілдіміз. «Электр заряды деген не?» сұрағына жауап беріп көріңіздерші, сонда оның оңай емес екеніне көздерің жетеді. Себебі «масса», «заряд»деген ұғымдар іргелі ұғымдарға жатады және оларға айқын анықтама беру мүмкін емес.
«Янтарь» - Жер бетінде әлденеше жүздеген мың жылдар бұрын өсіп - өрген қылқан жапырақты ағаштардың қатып тасқа айналған шайыры. Грек тілінде «янтарь» - электрон дегенді білдіреді. Гректер осы шайырды «электрон», ал оған қатысты денелердің электрленуі деп атаған. Янтарь өзіне басқа денелерді тарту қабілетіне ие болғанда, оны электрленген күйде деп атайды. «Электрон» сөзінен «электр» деген сөзі шықты. Электрлену барысында пайда болатын күштерді электр күштері деп атаған.

Тәжірибеге сүйенейік. Шыны таяқшаны алып қағаз түйiршiктерiне жақындатайық. Бiз ешқандай өзгерiс болмағанын көреміз. Бұдан қалыпты күйде басқа заттар сияқты шыны да электрлiк бейтарап болатындығын көреміз. Ендi шыны таяқшаны қағазға үйкегеннен кейiн, тағы да қағаз түйiршiктерiне жақындатамыз. Бiз олардың таяқшаға тартылатынын көреміз (1 - сурет). Осыған ұқсас құбылыс құрғақ шашты тарағанда да байқалады. Шаштың тараққа тартылуы да электрлену нәтижесi болып табылады
Электрленген таяқшаны жіңішке су ағынына жақындатып, тек қана қатты денелер емес сұйықтардың да тартылу қасиетіне ие болатындығына көз жеткізуге болады (2 - сурет).

Денелердің электрленуі құбылысы түрлі тектегі екі дененің жанасуы кезінде ғана байқалады. Оны жоғарыда келтірілген мысалдардан байқаған боларсыңдар. Күнделікті өмірде мұндай құбылыстар жиі кездеседі. Көп жағдайда жанасқан заттардың бір - біріне тартылатындығын байқауға болады. Денелер өзара электрленеді де, олардың арасында электр күштерінің тартылысы пайда болады. Бұл құбылыс үйкелу арқылы электрлену деп аталады.
Үйкеліс арқылы электрлену нәтижесiнде екi дене де электр зарядын алатынын есте ұстау керек. Мысалы, шыны таяқша мен резина үйкелгенде шыны да, резина да электрленедi. Демек, резина да шыны таяқша сияқты өзiне ұсақ денелердi тарта бастайды (3 - сурет).
Денелердi электрлеу үшiн бiр - бiрiне жай ғана бiр рет тигiзу жеткiлiксiз. Денелердi бiр - бiрiне қатты қысып үйкелеу керек. Сол кезде олардың арасындағы ара қашықтық азайып, беттесу ауданы ұлғаяды.
Денелердің электрленуі тек үйкелу арқылы ғана пайда болмайды. Үйкелу – денелердің жанасып, ажырау процесі.
Денелер соқтығысқанда және жарылыс кезінде де электрленуі мүмкін. Қолымызды электрленген затқа немесе iстеп тұрған телевизор экранына, экран бетiнде электр заряды бар, жақындатқанда шытырлаған дыбыс естуге болады, ал қараңғыда кiшкентай ұшқындарды көруге болады. Бұл да электрлiк құбылыс көрiнiсi.
Үйкеліс кезiнде пайда болатын электр зарядтарын кейде статикалық электр деп атайды. Көбiне бұл елеусiз құбылыс (мысалы, сiз синтетикалық материалдан жасалған киiмдi шешкенде, кiлем үстiнде аяғыңызбен сырғанай жүргенде және т. б.). Бiрақ кейде бұл құбылыс қауiптi болуы мүмкiн. Мысалы, металл бетiмен аққан сұйықтың электрлену мүмкiндiгiн бензин құю кезiнде ескеру керек. Бензиндi зарядсыздандыру үшiн жүргiзiлетiн арнайы қауiпсiздiк шараларын қолданбаған жағдайда бензин өртенiп, жарылыс болуы мүмкiн.

Деннелердің осы қасиетін электр заряды деп аталатын физикалық шамамен сипаттайды. Денелердің өзара электрлік әрекеттесу қабілетіне ие болуы – олардың электрленуі деп аталады.
Бұл мысалдардың барлығы, беттер арасындағы үйкеліс нәтижесінде электр зарядының пайда болатынын көрсетеді. Әр жағдайда екі денеде қарама – қарсы зарядтарының бірдей мөлшері пайда болады.
Демек, осы аталған заттардың бойында үйкелістің нәтижесінде «бір нәрсе», жаңа қасиет – басқа заттарды өзіне тарту қасиеті пайда болады екен. Осы «бір нәрсе» электр немесе электр заряды деп аталады. Электр деген сөз гректің «электрон» (янтарь) деген сөзінен шыққан.
Эбонит таяқша алып, оны жүн матаға үйкелесек, онда ол да заттарды өзіне тарту қасиетіне ие болады. Ал шыны таяқша алып, оны жібекке үйкелесек, ол да сондай қасиетке ие болады екен. Егер де электрленген эбонит таяқшаны бір жіпке іліп қойып, оған алдын - ала электрленген эбонит таяқша жақындатсақ, олардың бірін - бірі тебетінін, ал шыны таяқша жақындатқанда бірін - бірі тартатынын байқар едік. Эбонит, шыны таяқшалардың бұлайша әрекет жасасуы олардағы электр зарядтарының әр түрлілігінен деп түсіну керек. Зарядтардың түрлерін ажырату үшін Франклин 1747 жылы электр зарядтарының екі түрі болатындығы туралы пікір қозғады. Ол шыны таяқшаны жібекпен үйкегенде пайда болатын электр зарядын оң заряд деп, ал эбонит таяқшаны жүн матаға үйкегенде пайда болатын зарядты теріс заряд деп атауды ұсынады.
Денелерде электр зарядтарының пайда болу құбылысын былайша түсіндіруге болады. Барлық денелер де атомдар мен молекулалардан тұрады. Атомдар элементар бөлшектерден тұрады. Атом құрамына енетін протондар мен электрондардың электр зарядтары болады, ал нейронда заряд болмайды. Протон оң зарядталған, ал электрон теріс зарядталған деп есептеледі. Сонымен, осы бөлшектердің (протон, электрон және нейтрон) біріне - бірінің айырмашылығы неде?
Бөлшектер әр түрлі дегенде біз олар өзін қоршаған ортаға әр түрлі әсер етеді және сол ортаның әсерінен өздері де әр түрлі қасиеттерге ие болады демекпіз. Мысалы, барлық бөлшектердің массалары бар және олар әр түрлі, мысалы электронның тыныштық массасы =9, 1082•10­31 кг, протонның массасы электронның массасынан 1846 есе артық, яғни mp =1846 ал нейтронның массасы протон массасынан артық, яғни mn>mp. Осы бөлшектерге сыртқы күш әсер еткенде олар әртүрлі қырынан көрінеді, өйткені олардың инертті массалары әр түрлі ғой. Біз электрон мен протон зарядталған десек, олардың әр түрлі типтегі өзара әсерлесуге қабілеті бар екендігін айтамыз.
Заряд дегеніміз элементар бөлшектерді сипаттайтын олардың массадан кейінгі екінші қасиеті.
Әрбір атомның құрамындағы протондар мен электрондардың сандары өзара тең. Олай болса, атом құрамындағы оң және теріс зарядтар сан жағынан бірдей. Ал атомның заряды осы зарядтардың алгебралық қосындысына тең. Демек, атом бейтарап екен. Егер денеде электронның саны артық немесе кем болса, онда ол денеде соған орай оң не теріс электр заряды пайда болады. Ашып айтқанда, денеде протондардан электрондар артық болса, ол дене теріс зарядталады да, ал кері жағдайда дене оң зарядталады.
Аттас зарядтар бірін - бірі тебеді, ал әр аттас зарядтар бірін - бірі тартады. Мұны тәжірибе жасап оңай байқауға болады.
Бұл тарауда біз статистикалық, яғни қозғалмайтын зарядтарды қарастырамыз. Зарядтар қозғалмайды деп аламыз, оларға әсер ететін күштер зарядтардың өзара орналасуымен ғана анықталады деп есептейміз.
Электростатикалық өзара әсерді қарастырмас бұрын нүктелік заряд деген не, соған анықтама бере кетейік:
Нүктелік заряд дегеніміз - электрленген материалдық нүкте. Оның өлшемі өзіне әсер ететін басқа бір денеге дейінгі ара қашықтықпен салыстырғанда өте аз болады
Бір - біріне қатысты алғанда қозғалмайтын электр зарядтарының өзара әсерлесуін зерттеуге және олар бағынатын заңды ашуға Ньютонның бүкіл әлемдік тартылыс заңының зор ықпалы тиді.
XVIII ғасырдың ортасында зарядтардың өзара әсерлесу заңы бүкіл әлемдік тартылыс заңына ұқсас деген пікірлер айтыла бастады. Осы пікірдің дұрыстығын 1785 жылы француз ғалымы Кулон дәлелдеді. Ол өте сезімтал айналмалы таразы алып, сол арқылы екі зарядтың қалай әсерлесетінін анықтады. Ол заң былай айтылады.
Кулон заңы вакуумдағы қозғалмайтын екі нүктелік зарядтың өзара әрекеттесу күші зарядтар модулінің көбейтіндісіне тура пропорционал және олардың арақашықтықтарының квадратына кері пропорционал. Бұл күш осы зарядтарды қосатын түзу бойымен бағытталған.
Бұл күшті Кулон күші деп атайды. Кулон заңы электростатиканың негізгі заңы оның математикалық өрнегі:
F= K
Кулон бұл заңды ашқанда өз тәжірибесін ауада жасаған - ды. Кейіннен зарядтар басқа ортада тұрғанда өзара әсерлесу күшінің өзгеретіні байқалған.
Егер зарядтар керосин, май, шыны т. б. заттармен қоршалса: онда олардың - өзара әсер күшінің азаятындығын байқауға болады. Олай болса, – дің шамасы зарядтарды қоршаған ортаға байланысты деген қортындыға келуге болады. (Әрине, және r өзгеріссіз қалады. Электр зарядтарының өзара әсерлесуіне ортаның тигізетін әсерін бақылау үшін орта жоқ жердегі мен орта бар жердегі F - ті салыстыру керек.

мұндағы ортаның диэлектрлік өтімділігі. Егер зарядтар белгілі бір ортада орналасқан болса, онда Кулон заңы былай жазылады:

Ауа үшін = 1, олай болса, формулаға қайта ораламыз. Керосин үшін = 2, су үшін = 80, құрғақ қағаз үшін = 2, 25. Кулон заңы былайша өрнектеледі:
F=
мұндағы – электр тұрақтысы.
Кулон заңы негізінде электр зарядының өлшем бірлігі енгізіледі:
Кл = 1 А • 1 с.
Кулон заңымен анықталатын F күші Кулон күші немесе электр күші деп аталады. Электр зарядтарының өзара әрекеттесу сипатын анықтайық. Мынадай шағын тәжірибе жасап көрелік. Жіңішке жіпке екі жеңіл бузин шарларын іліп қоялық. Оларға жібекке үйкелген шыны таяқшаны тигізейік, шарлар бір - бірінен тебіле бастайды. Шарлар таяқшадан да тебіле бастайды.
Сонымен, электрленген таяқшадан екі шар да бірдей электр зарядына ие болады. Мұндай бірдей электр зарядтарын аттас зарядтар деп атайды. Демек, электрленген аттас зарядтар бір - бірінен тебіледі. Бұл қорытындыны эбонит таяқшаны сол шарларға тигізгенде де олардың бір - бірінен тебілуі арқылы дәлелдеуге болады. Егер шарлардың біреуін теріге үйкелеген эбонит таяқшаны тигізіп, ал екіншісіне жібекке үйкелген шыны таяқшаны тигізсе, онда олар бір - біріне тартылады.

Осы тәжiрибелер табиғатта электр зарядының екi тегi болатындығын көрсетедi.
Жiбекке үйкелген шыныда пайда болған заряд тегi оң (+) деп, ал жүнге үйкелген янтарьда пайда болған зарядты терiс (–) деп атаған.
Жүнге үйкелген эбонит таяқшада немесе янтарьда пайда болған зарядтар шартты түрде теріс (-), ал жібекке немесе теріге үйкелген шыны таяқшадағы зарядтар оң (+) деп аталған. (Оң заряд1 электронды оқулық)
Оң және теріс зарядтардың болуы үйкелген денелердің электрлену табиғатын түсінуге мүмкіндік береді. Эбонит таяқшаны жүн матаға үйкегенде – теріс заряд, ал жүн мата мөлшерде - оң заряд алады. Бұл зарядтар жоқтан пайда болмайды және ешқайда жоғалып та кетпейді. Олар өзара жанасатын денелерде болады. Екі зардтың беттік жанасуынан зарядтар бір денеден екіншісіне немесе оның белгілі бір бөлігіне беріледі.
Эбонит - жүн, шыны - жібек сияқты денелердің жүйелері басқа қоршаған денелермен әрекеттеспейді деп есептейік.
Қоршаған ортаның денелерімен әрекеттеспейтін денелер жүйесін оқшауланған немесе тұйықталған деп атайды.
Бұл жүйедегі электрлену құбылысы электр зарядының сақталу заңына бағынады:
Тұйықталған жүйедегі денелердің электрленуінің барлық құбылыстарында электр зарядтарының қосындысы сақталады:
q1 + q2 + … + qn = const
Осы заң бойынша, егер бір дене оң электр зарядына ие болса, онда екінші дене одан модулі бойынша өзара тең, бірақ теріс заряд алады. ( Электр зарядының сақталу заңы электронды оқулықты пайдалану)
Бейтарап денелерде бірдей мөлшерде оң және теріс зарядтарда болады. Бейтарап денелердегі қарама - қарсы зарядтардың қосындысы нөлге тең болғандықтан, оларды байқау қиын. Заттардың электрленуiн бақылау үшiн жүргiзiлген тәжiрибелер нәтижесiнде барлық заттардың электрлену тегіне қарай қатарларға қоюға болатындығы анықталды. Мұндай қатарда бiрiншi дене екiншiсiне үйкелгенде оң, ал екiншiсi терiс зарядталады. Мысалы, сондай қатарлардың бiрi мынадай: қоян терiсi, шыны, кварц, жүн, жiбек, мақта, ағаш, янтарь, каучук.

І. Электрленуді байқауға арналған ең ыңғайлы аспап электроскоп деп аталады. Электроскопта ұшына екi жеңiл жапырақша iлiнген металл өзекше, металл сақинаға кигiзiлген пластмасса тығын арқылы өткiзiлген. Металл сақинаның екi жағы да шынымен жабылған.
Электрленген таяқшаны электроскоптың өзекшесiне тигiземiз. Жапырақшалар таңбасы бiрдей зарядтар (таяқшадағы заряд) алып бiр - бiрiнен ажырайды (8, б - сурет). Жапырақшалардың ажырау бұрышы, оларға берiлген зарядқа тәуелдi. Оларға берiлген заряд неғұрлым көп болса, олар соғұрлым күштiрек тебiледi, демек соғұрлым үлкен бұрышқа ажырайды. (Электроскоптың оң зарядталғаны электронды оқулық)
Құрылысы басқаша болып келетін электроскоптарда бар. Суретте электрометр деп аталатын тағы бiр құрал көрсетiлген. Мұнда жапырақшалар орнына бағыттауыш орнатылған. А өзекшеге (немесе, сол өзекшеге орнатылған металл шарға) заряд берiлгенде, оның бiр бөлiгi В бағыттауышқа өтедi. Өзекшеден тебiлген бағыттауыш белгiлi бiр бұрышқа бұрылады. Осы бұрыштың өзгерiсiне қарай электр зарядының көбеюiн немесе азаюын бақылауға болады.

Егер зарядталған дененi (мысалы, электрометр шарын) қолмен ұстаса, онда ол дене разрядталады. Электр заряды қолымыз арқылы денемiздiң бетiне таралады. Тура осы жағдай электрометр шарына тiкелей қолмен емес металл сызғышпен тигенде де қайталанады.
ІІ.

Оларды оқшаулағыштар (грек тілінен - оңашалану) деп атайды. Диэлектриктерден оқшаулағыштар ( изоляторлар ) жасалады.
- Дәптермен жұмыс
А) Тақтадағы сызбаларды сызу
ә) Оқулықтан анықтамалар жазғызу. (Назар аудар, есіңде сақта)
Оқушыларға жеке жұмыс жасауға тапсырмалар беру.
Физика сұрақтары мен есептер жинағы 7 - 8 кл. Лукашик.
№937. Жіңішке жібек жіпке бірдей екі шар ілінген. Бұл шарлардың бірі зарядталған, ал екінші зарядталмаған. Шарлардың қайсысы зарядталғанын анықтау үшін қыз бала саусағын әуелі бір шарға, содан кейін екіншінісіне тигізеді. Ол осы тәсілмен шарлардың қайсысы зарядталғанын анықтай ала ма? ( Жауабы: Иә. Зарядталған кішкене шар саусаққа тартылады)
№944.
Жіпке ілінген кішкене тозағаш шарлары зарядталған. Шар таңбалары қандай?

№945.
Металл шар зарядталған. Жібек жіпке ілінген массалары бірдей шарлар зарядтарының таңбалары қандай?

№947.
Жіпке ілінген кішкентай шарлардың зарядтарын анықтаңдар.

№959.
Төмендегі материалдардың қайсысы өткізгіштерге, қайсысы диэлектриктерге жатады: Күміс, қола, мыс корпусы, тұздың судағы ерітіндісі, көмір, шыны, болат, графит, пластмасс, құм, бетон, балауыз, алюминий, мыс, бензин, жібек, қант ерітіндісі, ауа, су.
1. Үйкелген дененің басқа денені тарту құбылысы алғаш қай жерде белгілі болды?
А. Англия
В. Греция
С. Ресей
2. Янтарь грек тілінен аударғанда қандай мағына білдіреді?
А. Элементар
В. Электрон
С. Эбонит
3. Бір - бірімен жанасқанда денелердің өзара әсерлесу құбылысы не деп атайды?
А. Денелердің электрленуі
В. Денелердің әсерлесуі
С. Денелердің беттесуі
4. Аттас зарядтар бірін - бірі
А. Тартады
В. Тебеді
С. Еш әрекет болмайды
5. Электр зарядының неше тегі бар?
А. Екі. Оң заряд
В. Бір. Теріс
С. Екі. Оң және теріс

6. Электр зарядының сақталу заңы
А.
В.
С.

7. Денелердің электрленгендігін білуге арналған прибор
А. Динамометр
В. Калориметр
С. Электроскоп

8. Электр заряды еркін қозғала алатын заттар не деп аталады?
А. Өткізгіштер
В. Жартылай өткізгіштер
С. Диэлектриктер

9. Электр заряды еркін қозғала алмайтын заттар не деп аталады?
А. Өткізгіштер
В. Жартылай өткізгіштер
С. Диэлектриктер
10. Жүнге үйкелген янтарьда болатын заряд.
А. Оң заряд
В. Теріс
С. Оң және теріс

Білемін Жаңа білдім Білгім келеді

Бекіту сұрақтары: 1. Электр заряды дегеніміз не?
2. Электроскоп қандай құрал?
3. Кулон заңы қалай өрнектеледі??
4. Электр зарядының сақталу заңы қалай тұжырымдалады?