Neviditelné ruce elektrického pole

Miroslava Černá

Poslušný hádek

Potřeby: dřeň z keře černého bezu, jehla, niť, nůž, umělohmotná mísa na těsto, hliníkové dno z formy na dort, tyč od vysavače, kožešina nebo bavlněná látka

Příprava:

• z větvičky černého bezu ořež kůru, nožem vyřež z dřeně větvičky útvary podobné korálkům

• bezové kousky usuš

• navleč je na nit asi 0,5 cm od sebe do délky asi 6 cm, tím vznikne tzv. bezový hádek

• na stůl polož umělohmotnou mísu na těsto dnem vzhůru, na ni polož hliníkové dno z formy na dort

Provedení:

• třením tyče o kožešinu tyč nabij

• náboj z tyče přenášej do hliníkového kotouče (tím, že tyč postupně táhneš o okraj hliníkového kotouče)

• hliníkový kotouč nabíjej tak dlouho, dokud hádek nezačne od podložky zvedat „hlavičku“ nebo dokonce z podložky skákat na stůl

• když přiblížíš nabitou tyč ke zvednuté hlavičce bezového hádka, hádek ji poslušně sklopí

• když přiblížíš k hádkovi ruku, hádek se k ní přitahuje

Otázky:

1. Proč bezový hádek zvedá z podložky hlavičku nebo dokonce odskakuje?

2. Proč hlavičku sklápí, když k němu přiblížíme nabitou tyč z vysavače?

3. Proč hádek za nenabitou rukou skáče?

Poznámka: pokud chceme hliníkovou podložku nabít ještě více, dáme do její blízkosti jiný vodivý předmět

Vysvětlení:

• třením tyče o kožešinu vzniká na tyči záporný náboj

• záporný náboj přenášíme do hliníkového kotouče

• hliník je vodič, proto se na něm náboj rovnoměrně rozmisťuje, přidáváním dalšího náboje se nabíjí kotouč více

• suché dřevo z bezového keře je vodivé, proto se náboj z kotouče dostane i do jednotlivých článků hádka, hádek se proto nabíjí stejným nábojem jako má jeho podložka

• jakmile je kotouč i hádek dostatečně nabitý, začnou se od sebe odpuzovat - hádek zvedá hlavičku

• tyč i hádek je nabitý stejným nábojem, proto se od nabité tyče hádek odpuzuje

• lidská ruka je navenek elektricky neutrání, má stejný počet záporných a stejný počet kladných nábojů

• přiblížím-li elektricky neutrální ruku k záporně nabitému hádkovi, záporné náboje v ruce přejdou co nejdále, zatímco v prstu okolo hádka převažují kladné náboje

• kladné a záporné náboje se přitahují - hádek je lehký, proto k ruce přiskočí

Nafukovací balónek jako přilepený

Situace: Nafouknutý nafukovací balónek je u stropu.

Otázka: Proč tam drží?

Možné odpovědi žáků:

• je nafouknutý plynem lehčím než je vzduch

• je přilepený

• drží ho tam jiná síla, třeba elektrostatická

Ke správné odpovědi dojdeme diskusí se žáky.

Potřeby: nafukovací balónek, provázek

Příprava: nafukovací balónek nafoukni a zavaž

Provedení:

• balónek přilož ke stěně nebo stropu – balónek padá

• tři balónkem o vlasy (nejlépe umyté – nemastné, suché)

• přilož ho ke stropu – balónek u stropu drží

Vysvětlení:

• balónek je elektricky neutrální, je v něm stejný počet kladných a stejný počet záporných nábojů, proto se elektrický náboj balónku navenek neprojevuje

• jestliže budeme třít balónkem o vlasy, vlasy se budou nabíjet kladným nábojem a balónek nábojem záporným

• zeď je elektricky vodivá

• balónek je elektricky nevodivý

• když přiložíme záporně nabitý balónek ke stropu, v místě dotyku záporný náboj z balónku se přesune do stropu, avšak záporné náboje balónku v okolí místa dotyku odpudí záporné náboje ve stropě

• ve stropě převažuje v okolí místa dotyku balónku kladný náboj

• kladný náboj ve stropě a záporný náboj na balónku se přitahují

• toto elektrostatické přitahování je větší než gravitační síla působící na balónek, proto balónek na stropě drží

Uveď pingpongový míček do pohybu

Situace: Na stole leží pingpongový míček

Otázka: Jak uvedeš pingpongový míček do pohybu?

Možné odpovědi žáků:

• fouknutím, proudem vzduchu z vysavače

• proudem vody

• rukou

• nakloněním podložky

• bouchnutím do stolu

• připevněním magnetu k míčku, přitáhnutím železem nebo dalším magnetem

• nabitou tyčí

Úkol 1: předveď, jak uvedeš míček do pohybu pomocí nabité tyče

Potřeby: tyč od vysavače, kožešina nebo bavlněná látka, pingpongový míček, tužka

Příprava a provedení:

• nabij tyč třením o kožešinu

• tuto nabitou tyč přibliž k pingpongovému míčku

Otázka: Proč se míček k nabité tyči přitahuje?

Vysvětlení úkolu:

• třením tyče o kožešinu nabijeme tyč záporným nábojem

• pingpongový míček je navenek elektricky neutrální, má stejný počet záporných a kladných nábojů

• jestliže přiblížíme záporně nabitou tyč k míčku, náboje v míčku se uspořádají - kladné náboje v míčku se natočí k záporně nabité tyči, záporné náboje se natočí co nejdále mohou od záporných nábojů na tyči

Úkol 2: co bys udělal pro to, aby se míček k tyči přitahoval ještě více?

Možné odpovědi žáků:

• omotal bych ho vodičem

• obalil ho alobalem

• začernil tuhou z tužky

Provedení: pokus opakuj, ale tentokrát s pingpongovým míčkem, který jsi načernil tužkou

Vysvětlení:

• záporné náboje na tyči v blízkosti míčku působily na záporné náboje v tuze - odpudily je co nejdále

• v blízkosti záporně nabité tyče je míček nabitý kladným nábojem, proto se celý balónek k tyči přitahuje (je lehký)

Úkol 3:

• uspořádej závody s oběma míčky

• uspořádej překážkovou dráhu, závoď s kamarádem na čas

Vysávání elektrického náboje hroty

Potřeby: kelímek od pomazánkového másla, plechovka na zavařování masa, alobalový proužek 1,5 cm x 8 cm, 2 kancelářské sponky, tyč od vysavače, kožešina nebo bavlněná látka

Příprava:

• na kelímek obrácený dnem vzhůru polož plechovku

• alobalový lístek asi 1cm od okraje přehni přes prst a takto zahnutý jej navolno zavěs na okraj plechovky

• na protější okraj plechovky zavěs kancelářskou sponku, a to tak, že nejdříve její vnější zahnutý konec narovnej - tím vytvoříš hrot na plechovce (viz obrázek)

Provedení:

• třením tyče o kožešinu nabij tyč záporným nábojem

• nabitou tyčí dělej kruhy nad hrotem plechovky

• lístek na plechovce se postupně zvedá, plechovka se tedy nabíjí

• když oddálíš tyč od hrotu, plechovka zůstane nabitá

Úkol:

1. zjisti, jakým nábojem se plechovka nabila

2. vyzkoušej, jestli se tímto způsobem nabije plechovka, jestliže z ní odstraníme hrot

3. uvažuj, zda-li se tohoto principu někde nevyužívá

Vysvětlení:

• plechovka se nabila stejným nábojem jako je na tyči, poněvadž lístek na plechovce se od nabité tyče odpuzuje

• kroužením nabité tyče nad plechovkou bez hrotu se plechovka nenabije

• za nabití plechovky stejným nábojem tedy může hrot a též i vzduch kolem něj, hrot doslova „vysává“ náboje

• původně je kancelářská sponka elektricky neutrální, přiblížíme k ní záporně nabitou tyč, záporné náboje se odpuzují a na hrotu zůstávají kladné náboje

• kladné náboje na hrotu tak přitahují záporné náboje ze vzduchu, zbylé kladné částice vzduchu odpuzují

• říkáme, že hroty „sají“ elektrický náboj

• princip hromosvodu – hroty hromosvodů při bouřce postupně sají stejný náboj jako je v mraku

Elektrostatické kyvadélko

Potřeby: (1) dvě konzervy na zavařování masa, (2) dva kelímky od pomazánkového másla, (3) alobalový lístek o rozměrech 2 x 8 cm k uzemnění jedné plechovky ,(4) brčko, (5) nit, (6) tužkou pomalovaný pingpongový míček, tyč z vysavače, kožešina

Příprava:

• pokus sestav z uvedených pomůcek podle nákresu

• nit k míčku připevni pomocí kousíčku izolepy

Provedení:

• jestliže přiblížíš nabitou tyč k neu­zemněné plechovce, pingpongový míček se začne postupně dotýkat obou plechovek – pravidelně „cinká“ o obě plechovky

• po určité době jeho pohyb ustane

• když okamžitě nabitou tyč oddálíš – znovu se obnoví uvedený pohyb míčku

• za určitou dobu pohyb přestává, nabitou tyč můžeš opět k plechovce přiblížit

• děj se neustále opakuje

• pokud budeš šikovný(á), kyvadélko ti bude vyzvánět dost dlouhou dobu

Přemýšlej:

• Proč má být pingpongový míček načerněný tuhou?

• Jaký jiný předmět bys mohl místo tohoto balónku použít? (Vyzkoušej např. kancelářskou sponku nebo matičku)

na řešení celého pokusu asi jen tak lehce nepřijdeš, proto si vyzkoušej, promysli a postupně zakresli následující jednodušší pokusy, které ti jistě pomohou

1. Co se stane, když k nabité plechovce přiblížím kancelářskou sponku zavěšenou na niti? Proč?

Vysvětlení:

2. Co se stane, když k nenabité plechovce s lístkem přiblížím nabitou tyč. A co potom, když nabitou tyč oddálím? Proč?

Vysvětlení:

3. Můžeš nabít uzemněný předmět? Proč?

Vysvětlení:

• nyní se pokus vysvětlit a rozkreslit celý pokus s elektrostatickým kyvadélkem

Vysvětlení:

Literatura:

[1] Hans Backe: Fyzika z vlastních pozorování, SPN Praha 1973

[2] Józef Öveges: Fyzikální kratochvíle, Státní nakladatelství dětské knihy, Praha 1965