Розширений конспект комбінованого уроку з фізики з використанням методу проєктів та елементів SCRUM-технології

        Розширений конспект комбінованого уроку з фізики

                     «Електричний струм  у газах» 

                       (метод проєктів і елементи  технології SCRUM) 

Тема уроку:  Електричний струм у газах

Мета уроку:

навчальна:

     пояснити природу виникнення струму в газах;

     визначити, які частинки є носіями електричного струму у газах;

     ознайомитись з  видами газових розрядів та умовами їх виникнення;

     сформувати уявлення про самостійний і несамостійний розряди;

     обґрунтувати природу газового розряду на основі електронних уявлень;

розвивальна:

     розвивати уявлення учнів про процес  електричного струму у газах;

     розвивати уміння пояснювати фізичні процеси, пов’язані з цим явищем;

     розвивати логічне та творче мислення учнів та показати практичну значущість отриманих знань;

     розвивати вміння стисло та грамотно висловлювати свої міркування обґрунтовувати їхню правильність;

     розвивати вміння аналізувати, порівнювати і робити висновки, спостерігати фізичні явища навколо себе і навчитися їх пояснювати;

     сприяти розвитку комунікативних навичок, та умінню працювати в команді;

 виховна:

     виховувати  формування таких якостей особистості, як відповідність, організованість, дисциплінованість, уважність,спостережливість;

     виховувати активність, пізнавальний інтерес до предмета, явищ, що відбуваються в природі, вміння співпрацювати, вміння відстоювати власну думку, прислухатися до думок однокласників;

     виховати  точність і чіткість при відповідях  і розв’язуванні завдань та навчити учнів  «бачити» та розуміти  фізику навколо себе.

Тип уроку: комбінований урок

Матеріали та обладнання: ватман, фломастери,  прилади для відтворення процесу (електрометр, спиртівка, сірники, два металевих диска від повітряного конденсатора, з’єднувальні проводи, підставка під спиртівку, електрофорна машина, свічка), підбірка теоретичного матеріалу, підготовлена вчителем.

Очікувані результати: учні повинні зрозуміти причини виникнення в  газах електричного струму, фізичний зміст та умови існування самостійного та несамостійного газових розрядів, вміти розрізняти їх за своїми властивостями, засвоїти правила безпечної поведінки, щоб не стати жертвою блискавки.

І. Організаційна частина (3 хв)

Перевірка готовності учнів до уроку, налаштування на роботу.

ІІ. Мотивація пізнавальної діяльності учнів (5 хв)

Проблемна ситуація.

Тема сьогоднішнього уроку: «Електричний струм у газах», дехто з вас здивується: ми ж вивчали що гази є діелектриками, а це означає, що в них немає вільних заряджених частинок.

Гази, на відміну від металів та електролітів, складаються з електрично нейтральних атомів і молекул і за нормальних умов не містять вільних носіїв струму (електронів і іонів). За звичайних умов гази є діелектриками. Однак існують умови, за яких гази можуть ставати провідниками.

Однак повітря, як і інші гази, можна зробити електропровідним. Яким чином?

Про те коли це відбувається і що собою являє електричний струм у газах ми і дізнаємося на сьогоднішньому уроці

         - Тож про який електричний струм може йти мова?

         - Чи є повітря, яке оточує нас, провідником електричного струму.

(Не є, тому що, якби повітря проводило електричний струм, то іскри при включенні світла було б достатньо для того, щоб по всьому класу пройшов електричний струм).

Щоб вирішити ці всі питання ми сьогодні працюватимемо над створенням міні-проєкту «Електричений струм у газах», у процесі цієї роботи і будуть формуватись відповідні знання та  уміння.

.

Підготовчий етап роботи(10 хв):

1.Формую команди  у кількості 4 учнів, в кожній команді визначається лідер.

2.Озвучую цілі проєкту:

- ЩО учні повинні досягти (зрозуміти причини виникнення в  газах електричного струму, фізичний зміст та умови існування самостійного та несамостійного газових розрядів, вміти розрізняти їх за своїми властивостями, засвоїти правила безпечної поведінки під час грози.)

- НАВІЩО їм це потрібно(для формування необхідних компетентностей, для розвитку комунікативних навичок, для розвитку умінь спостерігати фізичні явища навколо себе і навчитися їх пояснювати);

3. Формулюю правила роботи: Обговорюється кожне запропоноване правило — що воно означає, для чого потрібне. Тільки після того, як вся група прийме правило,  записуємо його на плакаті «Правила групи»:

- як працюємо  (конструктивно, активно)

-як спілкуємось (толерантно, щиро)

- якими засобами отримання інформації користуємось (підручник, матеріали, запропоновані тренером)

- скільки часу працюємо (25 хв).

4.Розподіл теми  проєкту на завдання до самостійного опрацювання  для кожної групи:

         1 група - умови, при яких газ є діелектриком та що треба для цього, щоб він став провідником;  причини виникнення несамостійного газового розряду;

        2 група - самостійні газові розряди,їх види, умови виникнення;

       3 група – самостійні газові розряди, застосування самостійних газових розрядів;

       4 група - іскровий розряд у природі, як уберегтись від блискавки, різновид блискавки – кульова блискавка

5. Готую SCRAM-дошку, на якій і буде відображатись вся робота над проєктом:

Пропоную учасникам  груп відповісти на запитання:

 «Чого ви очікуєте від сьогоднішнього уроку?».

Учні на стікерах записують свої очікування від роботи над проєктом і прикріплюють знизу дошки.

 6.Основна частина: Робота над виконанням завдань(20 хв).

Учні використовують теоретичний матеріал, який підготував учитель, практичні досліди, підручник.

Лідери розприділяють завдання серед членів своїх команд.

1.Запитання до опрацювання для команди 1 (на стікерах):

2.При яких умовах гази є провідниками?

3.Що таке іонізація?

4.Що служить іонізатором?

5.Що таке рекомбінація?

6.Які основні носії струму в газах?

7.Причини виникнення газового розряду.

Запитання до опрацювання для команди 2 (на стікерах):

1.Яка різниця між самостійним та несамостійним газовим розрядом?

2.Які передумови виникнення самостійного газового розряду?

3.Іскровий розряд. Умови виникнення

4.Дуговий розряд. Умови виникнення.

5.Коронний розряд. Умови виникнення.

6.Тліючий розряд. Умови виникнення.

7.Чи існує самостійний газовий розряд без додаткового іонізатора?

Запитання до опрацювання для команди 3 (на стікерах):

1.Застосування іскрового розряду.

2.Застосування дугового розряду

3.Тліючий розряд, його застосування.

4.Приклад тліючого розряду в природі.

5.Хто вперше використав електричну дугу для освітлення?

6.Коронний розряд. Застосування та приклади у природі.

7.Поняття плазми.

Запитання до опрацювання для групи 4 (на стікерах):

1.Умови виникнення іскрового розряду.

2.Сила струму, напруга, температура блискавки.

3.Чи можна під час грози користуватись мобільним телефоном? Чому?

4.Як себе вести в полі під час грози?

5.Як себе вести в горах під час грози?

6.Як себе вести під час руху на велосипеді, коли тебе застала гроза?

7.Поняття кульової блискавки. Цікаві факти.

Робота відбувається за такою схемою: учні переставляють свої стікери з завданнями з колонки «Заплановано» в колонку «В роботі» і беруться до справи, починаючи працювати з запропонованим теоретичним матеріалом та спостерігаючи досліди, які показує вчитель.

 Учитель у свою чергу спостерігає за переміщенням стікерів на імпровізованій SCRUM-дошці. Якщо помічає, що хтось із учнів зупинився і не знаходить вирішення проблеми, то швидко підходить до нього і допомагає розібратися з важким моментом. Для визначення якості засвоєння матеріалу він навмання вибирає будь-яке завдання з колонки «Зроблено» і перевіряє знання кожного з присутніх в класі або використовує інші способи, форми і прийоми організації поточного контролю.

Робота триває до моменту, поки всі стікери не перемістяться у колонку «Зроблено».

Оцінка підсумків. Опитування відбувається після того, як всі стікери перемістяться в колонку «Зроблено».

Ретроспектива.

Повертаємось до проведеної роботи, аналізуємо, як проходила ця робота, як відбувалась взаємодія, що було важко, що легко.

 РЕФЛЕКСІЯ(7 хв)

Отже, сьогодні на уроці вивчили електричний струм у газах, типи газових розрядів, умови їх виникнення та застосування. Ви пізнаєте таємниці природи і в ній є багато загадкового і незрозумілого . А ми доторкнулися ще до однієї таємниці , таємниці електричних розрядів.

        Повертаємось до стікерів  «Чого ви очікуєте від сьогоднішнього уроку?» і переконуємось, чи здійснились наші очікування.

Сходи успіху

Цей прийом допомагає учням оцінити свою діяльність на кожному етапі уроку. Учителі зможуть за допомогою сходинок скоригувати роботу дітей, щоби заняття стали більш ефективними. Що для цього потрібно? Учні беруть аркуш паперу та малюють на ньому сходи (мінімум – 3). Далі кожну сходинку необхідно підписати. 

• нічого не зрозумів, залишилися питання, все зрозумів; 
• потрібна допомога, маю додатково повторити, майже все зрозумів, упевнений у власних знаннях; 
• почув і забув, почув і не зрозумів, побачив і запам'ятав, виконав і зрозумів, зможу пояснити іншим; 
• мені ще варто багато працювати, щоби досягти чудових результатів, у мене є невеликі результати і на досягнутому я не збираюся зупинятися, у своїй навчальній діяльності я досягнув висот. 

Або:

Доповніть речення

Це  класичний прийом рефлексії. Наприкінці уроку  учням пропонується в усній чи письмовій формі доповнити наступні речення: 

• На сьогоднішньому занятті я зрозумів(-ла)/дізнався(-лась)/розібрався(-лась)...
• Я хочу похвалити себе за те, що на сьогоднішньому занятті ...
• На занятті мені особливо сподобалося ...
• Знання із сьогоднішнього заняття мені знадобляться ...
• На сьогоднішньому уроці мене здивувало ...

Домашнє завдання: опрацювати параграфи 42,43.

                                    виконати вправу 43(1,2).

  ТЕОРЕТИЧНИЙ МАТЕРІАЛ ДЛЯ ОПРАЦЮВАННЯ ТЕМИ

Теоретичний матеріал для групи 1:

За звичайних умов гази практично не містять вільних заряджених частинок (електронів або іонів), здатних упорядковано переміщатися під дією електричного поля.

Дослід 1: електроскоп з’єднують з дисками плоского конденсатора і заряджають його. При кімнатній температурі конденсатор не розряджається.

За нормальних умов гази є ізоляторами.

Якщо повітря між дисками нагріти, конденсатор розрядиться.

Нагрітий газ – провідник!

За звичайних умов газ складається з електрично нейтральних атомів і молекул.

За звичайних умов гази є діелектриками.

Однак в окремих випадках можна помітно підвищити електропровідність газу. Достатньо, наприклад, піднести полум’я сірника до зарядженого електроскопа, як він відразу ж розряджається.

З цього досліду можна зробити висновок, що під дією полум’я повітря втрачає свої ізоляційні властивості, тобто в ньому з’являються вільні заряди: частина атомів газу іонізується — розпадається на позитивно заряджені іони й електрони. У газі можуть утворюватися і негативно заряджені іони (коли вільні електрони приєднуються до нейтральних атомів).

Дослід 2:Складемо установку і проведемо дослід.

Гази складаються з електрично нейтральних атомів і молекул і за звичайних умов майже не містять вільних носіїв струму. Тому за звичайних умов повітря є ізолятором. Полум’я спиртівки нагріває повітря, й кінетична енергія теплового руху атомів і молекул збільшується настільки, що в разі їх зіткнення від молекули або атома може відірватися електрон і стати вільним.

Втративши електрон, молекула (атом) стає позитивним іоном. Здійснюючи тепловий рух, електрон може зіткнутися з нейтральною частинкою і «прилипнути» до неї - утвориться негативний іон.

Іонізація – це процес утворення позитивних і негативних іонів та вільних електронів з молекул (атомів)

 Повітря, як і інші гази, можна зробити електропровідним, діючи на нього ультрафіолетовим, рентгенівським і радіоактивним випромінюванням.

Для відривання електрона від атома необхідна певна енергія, що називається енергією іонізації.

Іонізація газів під час нагрівання пояснюється тим, що деякі молекули починають рухатися так швидко, що частина з них під час зіткнення розпадається, перетворюючись на іони. Чим вища температура газу, тим більше утворюється іонів. У нашому досліді полум’я свічки виконувало роль іонізатора, тобто джерела іонів.

Однак, під дією високої температури швидкості їх різко зростають і в результаті зіткнень молекула може втратити один або кілька електронів, внаслідок чого перетворюється на позитивний іон. Частина звільнених електронів захоплюється нейтральними атомами чи молекулами, що веде до утворення негативних іонів.

Процес утворення іонів називають іонізація газу, а збудників іонізації – іонізаторами.

В ролі іонізаторів можуть виступати сонячне і рентгенівське проміння, космічне і радіоактивне випромінювання

Протилежним процесу іонізації газів є процес рекомбінації — возз’єднання протилежно заряджених частинок у нейтральні молекули.

Іонізатор щомиті створює в просторі між електродами певне число іонів і електронів. Стільки ж іонів і електронів, з’єднуючись між собою, утворюють нейтральні атоми. Така динамічна рівновага існує доти, поки між електродами немає електричного поля. Як тільки між електродами буде створене поле, відразу ж на частинки, що несуть заряди різного знака, почнуть діяти сили, спрямовані в протилежні боки. Тому, нарівні з безладним рухом, заряджені частинки будуть переміщатися в напрямку дії на них електричного поля. Це спрямований рух частинок під дією електричного поля й являє собою струм у газі.

Електричний струм у газах являє собою напрямлений рух  вільних електронів, позитивних і негативних іонів.

Електричний струм у газах інакше називають електричним або газовим розрядом.

Проходження електричного струму через газ називається газовим розрядом.

Причина (умови) виникнення газового розряду:

     Нагрівання газу;

     Досить сильне електричне поле;

     Досить розріджений газ.

     Опромінення газу рентгенівським, ультрафіолетовим чи ядерним випромінюванням

Механізм проходження газів схожий на механізм провідності розчинів і розплавів електролітів. Різниця полягає в тому, що від’ємний заряд переноситься в основному не від’ємними іонами, як у водних розчинах, а електронами.

Таким чином в газах поєднується електрона провідність, подібна провідності металів, з іонною провідністю, подібною провідності водних розчинів чи розплавів електролітів.

                      Теоретичний матеріал для групи 2

          Іонізація газу може відбуватися під впливом різних зовнішніх чинників (сильне нагрівання газу, рентгенівське або радіоактивне випромінювання, космічне випромінювання, бомбардування швидкорухомими електронами або іонами, що називаються зовнішніми іонізаторами.

Існує 2 види газового розряду: несамостійний і самостійний.

Якщо електропровідність газу виникає під дією іонізаторів, а з видаленням останнього зникає, то маємо несамостійний розряд.

Газовий розряд, який можна спостерігати тільки за наявності зовнішнього іонізатора, називають несамостійним газовим розрядом.

За певних умов струм у газах може проходити й без зовнішнього іонізатора.

Газовий розряд, що триває після того, як припиняється дія зовнішнього іонізатора, називають самостійним газовим розрядом.

    Яка ж причина появи носіїв заряду в цьому випадку?

Електричне поле діє на заряджені частинки, що перебувають у газі (електрони й іони). Якщо поле досить сильне, то поле розганяє електрони до такої швидкості, що внаслідок зіткнень із атомами або молекулами відбувається їхня іонізація.

Внаслідок іонізації з’являються нові заряджені частинки — іони й електрони. Вони так само розганяють полем, електрони іонізують нові атоми або молекули, що, у свою чергу, створює додаткове збільшення кількості заряджених частинок.

У результаті кількість заряджених частинок різко зростає. Це явище дістало назву електронної лавини. Саме нею й пояснюється самостійний розряд у газах.

За певних умов газ може проводити електричний струм і після припинення дії іонізатора. Мова йде про самостійний газовий розряд .

Залежно від властивостей і стану газу, характеру і розміщення електродів, а також від прикладеної напруги виникають різні види самостійного розряду:

     іскровий

     дуговий

     коронний

     тліючий

Іскровий розряд має вигляд яскравих зигзагоподібних розгалужених ниток - каналів іонізованого газу, які пронизують розрядний проміжок і зникають, замінюючись новими. Супроводжується виділенням великої кількості теплота і яскравим свіченням газу. Прикладом іскрового розряду є блискавка.

Іскровий розряд між зарядженими кондукторами

електрофорної машини.

Іскровий розряд супроводжується звуковим ефектом (потріскування, тріск, грім) внаслідок утворення ударної хвилі в повітрі за рахунок локального підвищення температури. Річ в тому, що температура газу, а отже, й тиск у каналі розряду різко підвищується, в результаті повітря швидко розширюється і виникають звукові хвилі. Іскровий розряд виникає при дуже високих напругах.

       Дуговий розряд - вид самостійного розряду, який виникає за високої температури між електродами, розведених на невелику відстань і супроводжується  яскравим світінням у формі дуги.

       Коронний розряд - тип газового розряду, що виникає в сильних неоднорідних електричних полях навколо електродів із великою кривизною в газах і доволі високою густиною. Коронний розряд проявляється візуально у вигляді світіння навколо гострих кутів електрода.

На виникненні коронного розряду ґрунтується дія блискавковідводу, який являє собою загострений металевий стрижень з’єднаний товстим провідником із металевим предметом. Стрижень встановлюють вище за найвищу точку будинку, який захищають, а металевий предмет закопують глибоко в землю. Під час грози на кінці блискавковідводу виникає коронний розряд. У результаті заряд не накопичується на будинку, а стікає з вістря блискавковідводу.

При коронному розряді світна область нагадує корону, він утворюється при атмосферному тиску поблизу загострених частин провідника з великим електричним зарядом.

Газ у цьому разі іонізують ударом електрони, прискорені сильним електричним полем, що виникає поблизу загострених заряджених провідників.

Перед грозою або у грозу часто на вістрях і гострих кутах високо піднятих предметів спалахують схожі на щіточки конуси світла, наприклад на вістрях корабельних щогл.

    Тліючий  розряд - тип газового розряду із неоднорідним розподілом електричного поля між катодом і анодом. Тліючий розряд спостерігається при низьких тисках і напрузі між електродами в кілька сотень вольт.

                          Теоретичний матеріал для групи 4

          Іскровий розряд має вигляд яскравих зигзагоподібних розгалужених ниток - каналів іонізованого газу, які пронизують розрядний проміжок і зникають, замінюючись новими. Супроводжується виділенням великої кількості теплота і яскравим свіченням газу. Прикладом іскрового розряду є блискавка.

Іскровий розряд супроводжується звуковим ефектом (потріскування, тріск, грім) внаслідок утворення ударної хвилі в повітрі за рахунок локального підвищення температури. Річ в тому, що температура газу, а отже, й тиск у каналі розряду різко підвищується, в результаті повітря швидко розширюється і виникають звукові хвилі. Іскровий розряд виникає при дуже високих напругах.

Блискавка — це плазмовий шнур, що замикає наелектризовані хмари або наелектризовану хмару і Землю.

Сила струму у блискавці досягає 500 000 А, а напруга між хмарою і Землею може бути 100 000 000 В.

Бережемося від удару блискавки

• Закрити вікна і двері, відключити всю побутову техніку і електроприлади, телевізійні і радіоантени;
• Вимкніть мобільний телефон;
• Складіть парасолю;
• Не торкайтесь металевих предметів;
• Не заходьте у воду;
• Не ховайтесь під поодинокими чи найвищими деревами;
• Знаходячись в полі, лісі, на річці, потрібно пам’ятати, що ховатися в наметах, дерев’яних будиночках, палатках, а тим більше під деревами дуже небезпечно.
• Не стійте на повний зріст полі – знайдіть заглиблення в землі і заховайтесь там;
• Якщо гроза застала з довгими предметами в руках (вудочками, граблями, вилами), покласти їх подалі від себе;
• Не запускайте повітряних зміїв;
• Не бігайте;
• Негайно позбутися всіх металевих предметів (годинників, браслетів, медальйонів);
• У горах тримайтеся подальше від вершин, не торкайтеся мокрих скель;
• Не торкатися до металевих конструкцій, електроопори, дротяних огороджень.
• Під час руху на велосипеді, мотоциклі, на коні, негайно залишити транспортний засіб;
• Не створюйте протягів.

Кульова блискавка

 Крім лінійної блискавки, яку ми з вами періодично бачимо і знаємо, як від неї захиститися, існує ще і шарова блискавка, природа якої до цих пір не з’ясована.

           Кульова блискавка – це різновид блискавки, який своєю формою нагадує кулю діаметром від 3 до 20 см. Дане явище спостерігається при сильних грозах, як правило, після багаторазових розрядів зі звичайними блискавками й випадання дощу, тобто носить вторинний характер. За останніми поглядами (точно ні кому не відомо) така блискавка являє собою згусток плазми, тобто іонізованого газу. Кульова блискавка може розігріватися, викликаючи вибух, або остигати, розпадатися й безшумно зникати. За даними вчених, температура кульової блискавки може бути в межах від 100 до 1000 ⁰С. Але при цьому люди, які зіштовхувалися з кульовими блискавками на відстані руки, украй рідко відзначали хоч якесь тепло, що виходило від них, хоча за логікою, вони повинні були одержати опіки. Така ж загадка і з масою: якого б блискавка не була розміру, вона важить не більше 5-7 грам. Поводження кульових блискавок непередбачуване. Вони відносяться до явищ, які з’являються коли хочуть, де хочуть і роблять — що хочуть. Вони можуть з’явитися навіть у ясну, сонячну погоду.

На відміну від звичайної блискавки, кульова далеко не завжди б’є миттєво і раптово. Вона може дуже повільно наближатися, літати навколо і навіть не завжди «побажає» зачепити. Головне правило у разі появи біля Вас або неподалік від вас кульової блискавки — будь те у квартирі чи на вулиці — не панікувати і не робити різких рухів. Ні у якому разі ні куди не тікайте! Блискавки дуже сприйнятливі до завихрень повітря, які ми створюємо на бігу та при інших, навіть не дуже різких рухах. Ці завихрення тягнуть блискавку за собою і вона вас все одне наздожене. Відірватися від кульової блискавки можна тільки на машині (на мотоциклі навряд чи варто). Тому, при появі кулькової блискавки поряд з вами та навіть на деякій відстані, намагайтеся взагалі не рухатися. Тільки якщо на вас, чи у вас у руках є металеві предмети, потрібно дуже-дуже повільно зняти з себе все металеве та електронне (годинники, плеєри, мобільні телефони, тощо), дуже повільно поставити (не можна кидати) їх на землю чи підлогу, після того, так само дуже повільно відійти від цих предметів хоча б на півметра, знову ж таки самим повільним чином присісти і не рухатися, не махати руками, навіть не розмовляти. Взагалі те краще на неї не дивитися прямо, щоб не пошкодити очі у разі вибуху і головне тому, що кульова блискавка має деяку гіпнотичну дію. Та втрачати з поля зору її не слід (дивіться боковим зором).

Якщо кульова блискавка рухається таки на вас, постарайтеся найповільнішим чином відійти з її шляху. Якщо ви перебуваєте у квартирі — підійдіть до вікна й відкрийте кватирку (теж вкрай повільно) і тоді блискавка можливо, навіть з великою часткою ймовірності, вилетить назовні. І ні в якому разі ніколи нічого не кидайте в кульову блискавку! Вона може або вдарити у відповідь або вибухнути, як граната, що невідворотно призведе до важких наслідків: опіки, травми, іноді втрата свідомості і зупинка серця, не кажучи вже про пошкодження майна.

У тому випадку, коли ви навіть бачите, що вам не вдається відійти від кульової блискавки і вона хоче вас зачепити, все одне не тікайте, адже ви тільки додасте їй енергії (це спрощено зазначено). Можливо, що навіть торкнувшись вас, вона не завдасть вам шкоди, або завдасть невелику шкоду. Бували випадки, коли блискавка випаровувала на руках людей металеві предмети (годинники, браслети), навіть не завдавши опіків.

Якщо ж кульова блискавка чи не кулькова зачепила когось і людина знепритомніла, то його необхідно перенести в добре провітрюване приміщення, тепло вкутати, зробити штучне дихання й обов’язково викликати швидку допомогу.

                   Теоретичний матеріал для групи 3

Застосування іскрового розряду:

     Спектральний аналіз ( для реєстрації заряджених частинок)

     Виробництво (електроіскрова точна обробка металів)

     Техніка ( запалення горючої суміші у двигунах внутрішнього згоряння, іскрові розрядники для запобігання перенапруженняя ліній електропередач

в двигунах внутрішнього згорання, які встановлюються на тракторах і автомобілях при запалюванні горючої суміші за допомогою свічки, а також для обробки деталей із тугоплавких металів.

Дуговий розряд  використовується при зварюванні й різці матеріалів, в електричних печах, дугових лампах тощо.

 Дуговий розряд на відміну від переривчастого іскрового є безперервний потужний самостійний електричний розряд.

Температура при дуговому розряді досягає 6000 °С (така температура на поверхні Сонця).

Дуговий розряд був відкритий 1802 р. російським фізиком В. В. Петровим.

Застосування дугового розряду:

     При зварювання і різання металів;

     При виплавці сталі високої якості (дугова піч)

     При освітленні (прожектори, проекційна апаратура)

     Існують дугові лампи з ртутними електродами у кварцових балонах.

Прикладом тліючого розряду є полярні сяйва.

Крім того, тліючий розряд використовується в рекламних надписах . Кожен газ світиться по – своєму: аргон – голубим, неон – червоним. Такі гази почали використовувати в рекламних трубках, лампах денного світла.

Застосування тліючого розряду:

     У рекламних трубках;

     Лампах денного світла;

     У квантових джерелах світла:

     У телевізорах з плазмовими екранами;

     При напилюванні металів.

Застосування струму у газах

Тліючий розряд використовують у газорозрядних трубках, лампах денного світла, для утворення електронних та іонних пучків.

Іскровий розряд використовують в електроіскровому методі різання, свердління і інших видах точної обробки металу.

Іскровий проміжок використовують як запобіжник від перенапруг в електричних лініях передач.

Дуговий розряд використовують для електрозварювання металів. Значний внесок у розробку методів електрозварювання зробили українські вчені під керівництвом академіка Б. Е. Патона — організатора й першого директора Інституту електрозварювання в Києві.

1876 р. російський інженер П. Н. Яблочков уперше застосував електричну дугу для освітлення. Дуговий розряд також використовують у прожекторах, проекційних апаратах і в маяках. У металургії широко застосовують дугові електропечі, джерелом теплоти в яких є дуговий розряд. У таких печах виплавляють сталь, чавун, бронзу й інші метали.

Частково або повністю іонізований газ називається плазмою. Виникає при всіх видах розрядів у газах. Плазмою оточена наша планета. Верхній шар атмосфери на висоті 100-300 км являє собою іонізований газ — іоносферу. У стані плазми перебуває 99 % речовини у Всесвіті.

Дуговий розряд

           Перші ідеї про використання дуги для зварювання були висловлені М.М.Бенардосом.               
           У 1881 році він винайшов способи дугового зварювання з одержанням патентів у різних країнах. Дугове зварювання полягає в з’єднанні частин металу, що розплавляється в полум’ї електричної дуги, яка виникає між з’єднуваним металом і електродом. М.М.Бенардос запропонував способи підводного зварювання металів, їх різання, точкового і шовного контактного зварювання.

           Іншим видатним спеціалістом у галузі електрозварювання і містобудування став Євген Оскарович Патон. 

             Він розробляє конструкції мостів, які складаються із металевих секцій, що швидко можуть замінюватися при руйнуванні. Значні зусилля докладав він до відновлення зруйнованих київських мостів, дослідження їх міцності, надійності і естетичної розробки.

            У 1929 році у Києві створюється лабораторія зварювання, яка у 1933 році була перетворена у перший у світі Науково – дослідний інститут електрозварювання Академії Наук України.

            В цьому ж самому інституті велику справу електрозварювання продовжив син Євгена Оскаровича Патона – Борис Євгенович.    

            Сьогодні колектив інституту розвиває найновітніші напрями електрозварювання, які поширюються на земні, підводні і космічні галузі досліджень людства.

            В одному із інтерв’ю президент Національної Академії Наук, генеральний директор інституту Борис Євгенович Патон сказав: «А також прагнемо започаткувати таку практику, як зварювання живих тканин». Ідеться про хірургічні операції із застосуванням зварювання. У таких великих містах, як Київ, Донецьк та інші уже прооперовано більше десяти тисяч осіб.

Коронний розряд

           1.  У 18 –му ст. в Італії по коронним розрядам впізнавали наближення грози. В одному із замків у землю був закопаний металевий жезл і вартовий час від часу підносив свою алебарду. Якщо між жезлом і алебардою проскакувала іскра, то вартовий дзвонив у дзвін, попереджаючи мешканців про негоду.

         2. Спочатку коронний розряд, що спостерігався в повітрі називали вогнями Кастора і Поллукса – по імені міфічних героїв – близнюків. А пізніше переіменували в вогні Ельма – по назві церкви святого Ельма в Італії, де вони з’являлися.
        3. Особливо часто вогні Ельма спостерігали на мачтах кораблів.       

Римський філософ і письменник Луцій Сенека говорив, що під час грози зірки ніби – то сходять з неба і сідають на мачти кораблів. Відбулося це в 1695 році в Середземному морі під час грози. Боячись бурі, капітан наказав спустити паруси. І тут моряки побачили в різних місцях корабля більше тридцяти вогнів Ельма. На флюгері великої мачти вогонь досяг півметра у висоту. Капітан наказав зняти його. Піднявшись наверх, матрос крикнув, що вогонь шипить, як ракета із сирого пороху. Йому наказали зняти його разом із флюгером і принести вниз. Але, коли матрос зняв флюгер, вогонь перескочив на кінець мачти, звідки зняти його було не можливо.

4. Іонізація атмосфери у верхніх шарах атмосфери вища, ніж у нижніх. Тому потенціальні електричні поля в горах володіють більшою інтенсивністю, ніж на рівнинах. І вогні Ельма в гірських місцевостях спостерігаються частіше.

            Якось альпіністи штурмували одну із вершин Тянь-Шаню. Раптом насунулась хмара, почалася гроза.

             - Дивіться, у нього горить волосся! – крикнув альпініст, показуючи на товариша поряд.

             -У тебе самого теж! – відповіли йому.

            Виявилося, що волосся світилося у всіх, хто був без шапки. А коли хтось зняв шапку, волосся ніби потягнулося за нею, випускаючи блакитні іскорки. Що волосся? Іскри випромінювали льодоруби, фотоапарати, ґудзики. І все це шипіло, як самовар, коли вода в ньому збирається закипіти. Але гроза стихла і світіння зникло.

Плазма

Плазма – це частково або повністю іонізованний газ, в якому густина позитивних і негативних зарядів практично однакова. Таким чином, плазма в цілому є електрично нейтральною системою.

Кількісною характеристикою плазми є ступінь іонізації. Ступенем іонізації плазми називають відношення об’ємної концентрації заряджених частинок до загальної об’ємної концентрації частинок. Залежно від ступеня іонізації плазма підрозділяється на слабко іонізовану (складає частки відсотків), частково іонізовану ( порядка декількох відсотків) і повністю іонізовану (близька до 100%). Слабо іонізованою плазмою в природних умовах є верхні шари атмосфери – іоносфера. Сонце, гарячі зірки і деякі міжзоряні хмари – це повністю іонізована плазма, яка утворюється при високій температурі.  

Середні енергії різних типів частинок, що утворюють плазму, можуть значно відрізнятися одна від одної. Тому плазму не можна охарактеризувати одним значенням температури, розрізняють: електронну температуру, іонну температуру (або іонні температури, якщо в плазмі є іони декількох сортів) і температуру нейтральних атомів (нейтральної компоненти). Подібна плазма називається неізотермічною, на відміну від ізотермічної плазми, в якій температури всіх компонентів однакові.

Плазма також розділяється на високотемпературну (Т > 10⁶−10^8 0C) і низькотемпературну  (Т<10^5 0C ). Це умовне розділення пов’язане з особливою  густиною високотемпературної плазми у зв’язку з проблемою здійснення керованого термоядерного синтезу.

Плазма володіє рядом специфічних властивостей, що дозволяє розглядати її як особливий четвертий стан речовини.

Провідність плазми збільшується у міру зростання ступеня іонізації. При високій температурі повністю іонізована плазма за своєю провідністю наближається до надпровідників.

Низькотемпературна плазма застосовується в газорозрядних джерелах світла – в трубках рекламних написів, що світяться, в лампах денного світла, плазмових телевізорах. 

Газорозрядну лампу використовують в багатьох приладах, наприклад, в газових лазерах – квантових джерелах світла.

 Високотемпературна плазма застосовується в магнітогідродинамічних генераторах.

Розширений конспект комбінованого уроку з фізики

       «Електричний струм у газах»

              (8 клас)

  (використано метод проєктів та     

     елементи SCRAM-технології)

                                      Підготувала:

                                                     вчитель фізики

                                                    ОЗЗСО І-ІІІ ст м.Хирів

                                                    Титух Лідія Петрівна

                                              2023