Proiect didactic Tema: Electrizarea corpurilor. Sarcina electrică. Legea conservării sarcinii electrice. Legea Coulomb. Profesor: Munteanu Stanislav, grad didactic 1 Lucrare finala elaborată în cadrul cursului e-learning „Didactica Fizicii” pe platforma de colaborare internaționala www.civicportal.org (29.X-25.XII.2012). Moderator - Viorel Bocancea, conferentiar univeristar, Universitatea de Stat din Tiraspol (cu sediul la Chisinau).

1.  Proiect didactic
 Tema: Electrizarea corpurilor.
Sarcina electrică.
Legea conservării sarcinii electrice.
Legea Coulomb.
Profesor: Munteanu Stas

2. Conţinuturile lecţiei:
 Noţiunea de “sarcină electrică”, procesul
de electrizare;
 Aplicarea legii lui Coulomb pentru
rezolvarea unor exemple;

3. Obiective operaţionale
 Elevul va cunoaşte:
 – conceptul de “sarcină electrică”,;
 – Interacţiunea sarcinilor;
 Elevul va fi capabil:
 – să explice procesul de electrizare;
 – să aplice legea conservării sarcinii electrice şi legea lui
Coulomb.
 Elevii vor fi în stare:
 – să conştientizeze necesitatea studierii temei reieşind
din aplicarea ei în viaţa cotidiană.

4. Fenomene din viaţa pe care
trebuie sa le explicam
1. Masina asta mă
electrocutează!
De ce?
2. Pieptenele folosit
atrage mici bucăti de
3. Balonul meu hartie.
se agaţă de tocul
uşii?

5. Până la sfârşitul secolului
al XVII-lea, termenul de
electricitate era rezervat
fenomenelor de atracţie
sau respingere dintre
corpurile care în urma
frecării deveneau
electrizate.

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

7. Structura substanţei
Modul în care e alcătuită substanţa a fost multă vreme un
mister şi desluşit după numeroase experimente chimice şi
fizice. Chimiştii au descoperit că substanţele sunt compuse
din molecule ( particule mici care păstrează proprietăţile
chimice ale substanţei ).
Dar moleculele sunt compuse din particule şi mai mici,
numite atomi (care păstrează proprietăţile elementului
chimic). De exemplu molecula de apă conţine 2 atomi de
hidrogen şi 1 atom de oxigen .

9. 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 m p = 1,66 ⋅10 −27 kg ;
- sarcina electrică q p = +1,6 ⋅10 −19 C.
.

10. Neutronii
sunt particulele neutre din nucleu. Numărul
neutronilor este (A – Z), A fiind numărul de
masă. Neutronul are următoarele
caracteristici :
mn = 1,66 ⋅10 −27 kg ;
masa
sarcina electrică qn = 0C

11. Învelişul electronic
este spaţiul care înconjoară nucleul şi în care se
mişcă electronii. Electronul are următoarele
caracteristici :
- masa me = 9,1 ⋅10 −31 kg ;
-sarcina electrică e = −1,6 ⋅10 −19 C.
.

12. ELECTRIZAREA CORPURILOR
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 W. Gilbert (1540-1603)
o curiozitate. Cuvântul “electricitate” a fost introdus în
ştiinţele naturii probabil la sfârşitul secolului al XVI-lea,
fiind atribuit lui W. Gilbert (1540-1603).
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.

13. Modalitaţi de electrizare:
• prin frecare
• prin influenţa
• prin contact

14. A. Electrizarea prin frecare
Prin 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.

15. 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.
b
Procesul prin care un corp trece din stare
neutră în stare de electrizare se numeşte
electrizare.

16. B. Electrizarea prin influen ţă
Baghetă plastic
proton (încărcată negativ)
electron
-
+ - + +
+
- - - - -
+ - +
+
+ +
- - - -
-
+ - - + -
+
+ + + -
- + - -
Corp neutru
În corpul neutru are loc o separare
de sarcini electrice prin respingerea
electronilor.
Faţă în faţă ramân sarcini de semn
contrar şi de aceea bagheta electrizată
atrage corpul neutru.

17. -
- + +
- - -
- +
+
- - -
- + -
+ + -
-
Dacă îndepărtăm bagheta, electronii revin la pozitiile
iniţiale şi corpul revine la starea iniţiala (neutru din punct
de vedere electric).

18. Baghetă sticlă
(încărcată pozitiv)
proton
eletron
+
+ + ++ +
+
+
- - + -- --
+ + +
+
+ ++
- + -- -
-
+ - + + -
+ ++ + -
- + - --
Corp neutru
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.

19. +
+ ++ +
+
+ -- --
+ +
+
++
+ -- -
+ + -
++ + -
--
Dacă îndepărtăm bagheta, electronii revin la poziţiile
iniţiale şi corpul revine la starea iniţiala (neutru din punct
de vedere electric).

20. C.ELECTRIZAREA PRIN CONTACT
- +
- +
+ + - - -
-
- - - +
- +
+ - -
- + -
- - - + -
-
+ - - +
- + -
- + + -
-
Electronii din baghetă ( o parte),
fiind atraşi de protonii din corp,
trec în acesta.
În acest fel, atunci când îndepărtăm
bagheta, corpul se încarcă cu sarcină
electrică negativă.

21. + +
+ + + + - + +
+ - - + -
-
+ + + +
+ - +
+ - - + -
+ + - + - +
+ + - + +
- -
Electronii din corp (o parte), fiind
atrasi de protonii din bagheta, trec
in aceasta.
Indepartand bagheta, corpul se
incarca cu sarcina pozitiva.

22. OBSERVATII:
1. Electronii (particule purtatoare de sarcina elementara)
u pot fi creati si nu pot sa dispara. Electronii pot sa treaca
e pe un corp pe un alt corp.
2. In cazul electrizarii prin frecare, un corp se electriaeaza
negativ, (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.

23. 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.

24. Sarcina electrică
Mărimea fizică scalară ce măsoară starea de electrizare se numeşte
sarcină electrică (notată cu q sau Q ).
[ q ] SI
= 1C (Coulomb)
În practică se utilizează submultiplii coulombului :
1C = 103 mC = 106 µC = 109 nC = 1012 pC
Sarcina electrică este un multiplu de sarcini elementare : q = N ⋅e
Sarcina elementară (e) este cea mai mică sarcină electrică posibilă
(sarcina electronului în valoare absolută) : e = 1,6 ⋅10 −19 C.

25. 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 q1 = + N ⋅ e;
• corpul care primeşte electroni se încarcă
negativ cu sarcina q2 = − N ⋅ e;
(N este numărul de electroni transferaţi).

26. 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 = ? electron
Corp
Q −10C
Q = N ⋅e →N = →N = = 6,25 ⋅1019 electroni
e −1,6 ⋅10 −19 C
Unde : N = numărul de electroni şi e = sarcina unui electron
∆m = N ⋅ me ⇒ ∆m = 6,25 ⋅1019 ⋅ 9,1 ⋅10 −31 = 56,875 ⋅10 −12 kg
Unde : ∆m = variaţia masei şi me = masa electronului

27. Interacţiunea 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.

28. 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
q1 q2 -F F
F =k⋅ +
r
+
r2
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
k0 = 9 ×109 N ×m2 / C 2

29. 2. Două corpuri mici, identice, încărcate electric cu sarcinile q1 = 1µ Cşi, respectiv, q2 = 3000nC 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 .
+ + + + +
a) Corpurile fiind identice, după contact,
+
+ + +
q1 = 1µ C = 10 C −6
+
+ + + +
+ + + + +
vor avea sarcini electrice egale. +
q2 = 3000nC = 3 × −6 C
10 q1 q2 q q
r=1m
q1 + q2
q1 + q2 = q + q ⇒ q1 + q2 = 2q ⇒ q =
a) q=? 2
−6 −6 −6
b) F=? 10 + 3 × 10 4×10
q= = = 2 × −6 C
10
2 2
b) Pentru aer k ; ko .
q q
-F F
+ +
r
F =k⋅
q2
⇒ F = 9 ⋅109 ⋅
2 ⋅10 ( )
−6 2
= 36 ⋅10 −3 N = 36mN
r2 1

30. 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 α = 90° ?
m = 0,1g = 10− 4 kg Sfera este în echilibru dacă rezultanta dintre greutate şi
l = 20cm = 0,2m forţa electrică are acelaşi modul ca tensiunea din fir,aceeaşi
direcţie şi sens opus.
α = 90° α
2
q= ? T
r
F 2
α F α
tg = 2 G
2 G
R
q2 q2
F =k 2 k
r q 2 α
⇒ F=k 4l 2 sin 2
r α α α
2 ⇒ tg = kq 2
α α 4l 2 sin 2 ⇒ tg = ⇒
sin = 2 ⇒ r = 2l sin 2 2 mg 2 4l 2 mg sin 2 α
2 l 2 G = mg 2
α α α
4l 2 mg sin 2 tg mg ×tg
2 2 = 2l sin α
−4
q= 2 = 2 × 2 × 2 × 10 × = 94, 28 × −9 C = 94, 28nC
0,
10
10
k 2 k 2 9×10 9

31. 4. Două corpuri punctiforme, încărcate cu sarcinile q1 = 1µ C şi respectiv, q2 = 3µ C, se află la o
distanţă r = 1m în aer. Determină poziţia x (faţă de q1 ) în care trebuie plasată o sarcină q3
astfel încât, indiferent de valoarea ei, să se afle în echilibru.
q1 = 1µC = 10−6 C Cele două corpuri, fiind ambele încărcate pozitiv, vor atrage sarcina a
q2 = 3µC = 3 × −6 C treia şi ea trebuie plasată între corpuri pentru a rămâne în echilibru.
10
Primul corp atrage sarcina q3 cu o forţă F1 şi al doilea cu o forţă F2.
r = 1m Condiţia de echilibru este ca cele două forţe să fie egale ca modul.
x=? q1 q3 q2
F1 - F2
+ +
F1 = F2 x r
q1 × 3
q
F1 = k
x2 q1 ×q3 q2 ×q3 q1 q2 q1 q2
q2 × 3
q ⇒ k 2 =k ⇒ 2 = ⇒ = ⇒
( r − x) ( r − x) r−x
2 2
F2 = k x x x
( r − x)
2
r 1
( r − x ) × q1 = x × q2 ⇒ x = =
−6
= 0,366m = 36,6cm
q2 3 ×10
+1 −6
+1
q1 10

32. Tema pe acasă
Manual cl 11 M. Marinciuc 1.1; 1.2
Manualul cl 11. G. Ţurcanu §1
Manual cl10-12 Botgros
prob 4 de pe fişă(obligatoriu)
Prob. 3 la dorinţă.
Realizat de
prof. grad didactic 1 Munteanu Stanislav