Електричний заряд. Електричний струм. Блискавки.

Мета.

Освітня. Ознайомити з видами зарядів, їх взаємодією. Пояснити природу виникнення електричногоструму та блискавки.

Розвиваюча. Розвивати кмітливість, кругозір учнів.

Виховна. Виховувати культуру наукового мислення.

План

1. Що ми знаємо про електрику та електричні явища?
2. Електричний заряд. Електричний струм. Блискавки.
3. Підсумки заняття.

Хід заняття

1. Що ми знаємо про електрику та електричні явища?

Небажана електризація. У багатьох випадках електризація заважає людині. В побуті, наприклад ми потерпаємо від електричного заряду, який нагромаджується на нашому одязі, волоссі. Особливо це стосується речей, виготовлених з синтетичних волокон. Прилипання до тіла, електричний розряд, який неприємно вражає при зніманні одягу або при торканні металевих предметів після того як його зняли, спонукали до винайдення речовин, які знищують електризацію – антистатиків. Це аерозолі, що утворюють на поверхні одягу тоненьку плівку, яка притягує вологу, роблячи процес електризації ускладненим. Електризується пальне при заправці літаків та автомобілів, що може призвести до його загорання; електризація аркушів паперу на поліграфічних підприємствах  приводить до злипання і рвання їх при роз’єднанні; електризація ниток на ткацьких станках спричинює їх розщеплення, «прилипання» до роликів і веретен, заряджена тканина чи пряжа, притягнувши до себе дрібні предмети, забруднюється і йде в брак; електризуючись, частинки пилу осідають на робочі частини системного блоку...

2. Електричний заряд. Електричний струм. Блискавки.

Електризація тіл. Грецький мислитель Фалес Мілетський за шість століть до нашої ери натирав хутром шматок бурштину і спостергав, як після цього бурштин починав притягувати до себе пір'я птахів, пух, соломинки, сухе листя (бурштин грецькою звучить якелектрон).

Бурштинові властивості згодом були відкриті у багатьох речовин і відповідно до назви, вони отримали назву електричних властивостей. Придворний лікар королеви Єлізавєти Уїльям Гілберт спостерігав існування цих властивостей в алмазу, опалу, карборунду та інших дорогоцінних каменів і назвав їх «електричними мінералами». З повсякденного життя ми добре знаємо, що після розчісування сухого волосся пластмасовим гребінцем останній набуває властивості притягувати до себе ворсинки, клаптики паперу, волосся, пил. Такі властивості ми щоденно бачимо у предметів які входять до нашого вжитку – кулькової ручки, одягу; інколи навіть наші хатні улюбленці коти та собаки демонструють прояви цих властивостей у предметів з якими вони контактують.

Процес, у результаті якого тіла набувають властивості притягувати інші тіла, назвали електризацією тіл.

Існує два роди електричних зарядів - позитивні та негативні.

Найпоширенішим прикладом електризації є електризація тертям. Під час електризації тіло приймає або віддає деяку кількість електронів, набуваючи, відповідно, негативного чи позитивного заряду. Під час електризації ебонітової або скляної палички виникають порівняно невеликі заряди; через те сили, з якими вони взаємодіють, незначні. Сильнішу взаємодію можна спостерігати, зарядивши будь-які тіла від електрофорної машини, яка дає змогу безперервно розділяти і накопичувати позитивні та негативні заряди. З’єднані дротом-провідником з кульками машини “султани” (вузькі паперові смужки на штативах для демонстрації взаємодії заряджених тіл) все сильніше взаємодіють зі збільшенням кількості електричних зарядів на них. 

а)  б)

Мал. а) Електрофорна машина; б) Притягання різнойменних зарядів та відштовхування однойменних.

Тіла, що мають заряди протилежних знаків, притягуються; тіла, що мають заряди одного знака, - відштовхуються.

• Демонстрація. “Взаємодія однойменних та різнойменних зарядів”: електрофорна машина, провідники, 2 султани.

Таємнича магія блискавки. Блискавка - це одне з найкрасивіших видовищ на Землі. Вона також являє собою найпотужнішу силу, яка може не лише зруйнувати або підпалити дерево, а й навіть вбити людину. З температурою в своєму центрі вище, ніж температура на поверхні Сонця і яскравим світлом, яке освітлює все навколо, блискавки завжди зачаровували людську свідомість.

Весь процес утворення блискавки починається з утворення хмар. Вода, випаровуючись з теплої поверхні океану, піднімається вгору. Досягаючи більш холодних областей, вода конденсується в невеликі краплі, утворюючи тим самим хмари. Частинки, які щойно надійшли в хмару залишають свої електрони на нижній її межі. Тому внизу хмари утворюється негативний заряд. Частинки, що отримали позитивний заряд, за рахунок відриву електрона, продовжують підніматися вгору, створюючи, таким чином, на верхній межі хмари позитивний заряд. Все це спричиняє виникнення електричного поля. За рахунок все більшого потоку нових частинок вологи цей процес призводить до підсилення електричного поля.

У результаті заряд в хмарі може стати на стільки сильним, що електрони на поверхні Землі йдуть глибше в ґрунт, утворюючи на її поверхні позитивний заряд. До моменту утворення блискавки практично все зроблено. Єдине чого ще не вистачає - це шлях між землею і хмарою. Коли електричне поле стає дуже сильним (кілька десятків тисяч вольт на квадратний сантиметр), воно змушує атоми навколишнього повітря розділятися на позитивні іони і електрони. Вивільнені електрони, притягуючись до позитивних ділянок утворюють розряд блискавки.

Що таке сипучі піски? У багатьох місцях на земній кулі люди століттями жили в страху перед сипучими пісками. Їм приписувалася таємнича здатність засмоктувати жертву, поки від неї не залишиться і сліду на поверхні землі.

• Демонстрація. Модель сипучих пісків.

Насправді, сипучий пісок не володіє подібною силою. Якщо знати, що це таке і як на ньому треба поводитися, то він не заподіє ніякої шкоди.

На думку географів на планеті до “заповідників сипучих пісків” можна віднести кілька місць: острів Сейбл у Північній Атлантиці, мис Гаттерас на східному узбережжі США, обмілини Гудвіна в шести милях від північно--східного краю Англії.

Природа сипучих пісків почала відкриватися фізикам. Їхня теорія грунтується на електричних ефектах. Уявимо піщинки у вигляді крихітних однозарядних магнітних кульок. У цьому разі вони відштовхуватимуться від собі подібних і створюватимуть навколо себе вільний простір. У піщинках позитивні іони розташовані на поверхні, на них діє електростатична сила, спрямована вгору. Електрони, навпаки, опускаються вниз до електропровідного шару. При цьому піщинки відштовхуються одна від одної, зменшуючи силу тертя, і пісок набуває незвичайної властивості текучості. Будь-який предмет, що потрапив на поверхню, оточується піщинками і в цій позитивній іонній оболонці, не зазнаючи тертя, легко поринає в грунт. Якщо електропровідний шар або грунтові води розташовуються на значній глибині, то багатометрова товща піску ніби дихає під кожним предметом, що потрапив на неї.  

Люди, що потрапляють у сипучий пісок можуть пливти в ньому як у воді. До того ж сипучий пісок щільніше за воду і тому в ньому легше триматися на поверхні. Треба пам'ятати про те, що, слід рухатися достатньо поволі. Це дає можливість піску обтікати ваше тіло, як буває, коли ви пливете у воді. В цьому випадку у вас не буде підстави побоюватися за своє життя.

Це явище природи є винятково рідкісним.

3. Підсумки заняття.

Корисне застосування електризації. Очищення повітря від пилу й сажі за допомогою електростатичних фільтрів; формування зображень в копіювальній техніці; фарбування корпусів автомобілів розпиленою наелектризованою фарбою (корпус заряджено негативно, а фарба позитивно); порошкове фарбування виробів з металу (принцип нанесення фарби полягає в електризації електричним полем її найменших часток); копчення риби на спеціалізованих комбінатах; лікування органів дихання спеціальними електроаерозолями; виготовлення нетканих матеріалів (ворсинки нейлону, чи іншого матеріалу падають на ткану основу, вкриту клеєм. Під дією електричного поля вони падають на основу вертикально, створюючи м’яку, приємну поверхню)...

Шляхи боротьби з небажаною електризацією. Заземлення верстатів і машин; застосування струмопровідних пластиків для покриття підлоги; зволоження повітря; використання різних нейтралізаторів статичної електрики чи антистатів (залежно від виробництва — індукційних, радіоізотопних, електроаерозольних тощо); спеціальне взуття (підбите електропровідними заклепками), щоб запобігти нагромадженню на тілі людини електричних зарядів; встановлення блискавковідводів...

Вплив електричного поля на живі організми. Експериментально доведено, що поверхня Землі заряджена негативно, а верхні шари атмосфери — позитивно, отже, в атмосфері Землі існує електричне поле. З розвитком цивілізації це природне поле доповнилось електричними полями, створюваними різними електротехнічними пристроями, що їх використовує людина.

Сьогодні відомо, що клітини й тканини організму також створюють навколо себе електричні поля. Вимірювання та реєстрацію цих полів широко застосовують для діагностування різних захворювань (електроенцефалографія, електрокардіографія, електроретинографія та ін.). Отже, ми живемо у справжньому павутинні, зітканому з величезної кількості електричних полів, і довгий час вважалося, що вони не впливають на організми. Проте вплив зовнішнього електричного поля на клітини й тканини організмів, особливо тривалий, призводить до негативних наслідків.

 Так, під час роботи комп’ютера на екрані монітора накопичується електричний заряд, який утворює електричне поле. До виникнення електричного поля причетні також клавіатура і комп’ютерна миша, що електризуються від тертя. Під впливом цих електричних полів навіть унаслідок короткочасної роботи в користувача змінюються гормональний стан і біоструми мозку, що спричиняє погіршення пам’яті, підвищену стомлюваність та ін. Ці перші симптоми зі збільшенням тривалості роботи за комп’ютером можуть перетворитися на захворювання нервової, серцево-судинної, імунної та інших систем організму.

Що ж робити? Адже зовсім відмовитися від роботи за комп’ютером, перегляду телевізора, використання будь-якої побутової техніки, яка теж є джерелом електричних полів, дуже важко. Розв’язати проблему можна, послабивши електричне поле, наприклад, шляхом підвищення вологості повітря або застосування антистатиків. Ефективніший, але й дорожчий вихід — штучна йонізація повітря, насичення його легкими негативними йонами. Із цією метою застосовують генератори негативних йонів повітря — їх ще називають йонізаторами повітря (аеройонізаторами).