Если потереть шерстью эбонитовую палочку, то она электризуется, приобретая отрицательный заряд, и стрелка электрометра при поднесении палки к его шару отклоняется, а при удалении палки — возвращается к неотклоненному состоянию. Если же в момент поднесения наэлектризованной палки к электрометру коснуться рукой его металлического корпуса и сразу же убрать руку, то после удаления палки отклонение стрелки сохраняется, хотя и меньшее по величине.
Объясните, основываясь на известных физических законах и закономерностях, почему это происходит.
Электрометр (см. рис.) представляет собой металлический цилиндрический корпус, передняя и задняя стенки которого стеклянные. Корпус закреплен на изолирующей подставке. Через изолирующую втулку внутрь корпуса сверху входит металлическая трубка, заканчивающаяся внизу стержнем с установленной на нем легкоподвижной стрелкой, отклонение которой определяется величиной заряда. Стрелка может вращаться вокруг горизонтальной оси. Внутри корпуса установлена шкала электрометра, по которой определяется отклонение стрелки. Снаружи корпуса, наверху трубки прикрепляется металлический шар или тарелка, к которой подносят заряженные тела.
1. При поднесении наэлектризованной отрицательным зарядом эбонитовой палки к шару электрометра, в силу явления электростатической индукции и закона сохранения заряда в изолированной системе тел, шар и стрелка электрометра заряжаются разноименными и равными по величине зарядами (шар — «+», стрелка — «–»). При этом часть металлического корпуса электрометра вблизи шкалы заряжается положительным зарядом в силу того же явления электростатической индукции, а остальная часть — равным ему по величине в силу закона сохранения заряда в изолированной системе тел отрицательным зарядом.
2. Стрелка электрометра отклоняется, так как одноименные заряды на стрелке и на стержне отталкиваются, а разноименные заряды на стрелке и на корпусе электрометра притягиваются, согласно закону взаимодействия зарядов.
3. При удалении наэлектризованной палки от электрометра одинаковые индуцированные заряды разных знаков на его шаре и на стрелке, а также меньшие по величине заряды на корпусе электрометра вблизи его шкалы и вдали от стрелки компенсируются, и отклонение стрелки прекращается.
4. Если коснуться корпуса электрометра рукой после поднесения к нему наэлектризованной палки и сразу убрать руку, то часть индуцированных на корпусе зарядов (отрицательных) стечет на прикоснувшегося к нему
человека, и на корпусе электрометра останется нескомпенсированный положительный заряд.
5. В силу явления электростатической индукции после удаления палки этот положительный нескомпенсированный заряд на корпусе электрометра вызовет появление отрицательного заряда на стрелке электрометра, расположенной вблизи шкалы, и положительного — на шаре электрометра, что и приведет к отклонению стрелки, хотя и меньшему, чем при поднесении заряженной эбонитовой палки к электрометру.