Досліди з розділу "Електростатика"

Досліди з електростатики

 

Домашні досліди. Спостереження

 

1.Виготовте паперові гільзи та гільзи із фольги, підвісьте їх на нитках. Зарядіть гільзу довільним способом. Запропонуйте декілька способів визначення зарядів гільзи.

2. Проведіть спостереження під високовольтними лініями за поведінкою рослин та комах. Що ви виявили? Поясніть результати спостережень.

3.Спираючись на знання з електростатики,  побудуйте електричний  маятник. Поясніть роботу маятника.

4. Розгляньте різні заряджені тіла. Доведіть експериментально, що густина зарядів  на гострих виступах поверхні провідника максимальна.

5.Відомо,що скляна паличка, натерта шовком, заряджається позитивно. Навчіться визначати експериментально знаки зарядів на інших заряджених тілах.

6.Проведіть спостереження за електризацією вашого одягу і придумайте способи нейтралізації заряду. Запропонуйте  способи зменшення електризації квартири.

 

 

Винахідницькі завдання

1.Запропонуйте спосіб, як виявити пошкодження провідника всередині кабеля.

2. Запропонуйте  спосіб очищення диму від сажі в димоходах.

3. Запропонуйте спосіб сушіння деревини, книжок за допомогою електричного поля.

 

Теми рефератів

1.Історія відкриття законів електростатики.

2.Електризація тіл – корисне і шкідливе явище.

3. Електричне поле і ріст рослин.

4. Застосування електричного поля для очищення повітря і в медицині.

5. Біопотенціали тіла людини та їх реєстрація.

6. Використання конденсаторів у народному господарстві.

7. Історія вивчення блискавки і захист від неї.

8. Електрон як елементарна частинка електричного заряду.

9. Принцип суперпозиції електричних полів.

10. Вплив електричного поля на навколишнє середовище.

 

 

Досліди з електростатики

 

Дослід 1Свічення розрідженого газу.

Мета: спостереження існування електричного поля.

 Покладемо на стіл листок органічного стекла, над ним розмістимо трубку з розрідженим газом. Газ в трубці світитись не буде. Тепер наелектризуємо листок органічного стекла, натираючи його папером або шерстяною хустинкою. Знову розмістимо над ним трубку з розрідженим газом. В затемненому приміщенні спостерігаємо свічення трубки. Цей дослід свідчить проте, що заряджене тіло створює в просторі навколо себе електричне поле.

 

 

Дослід 2.Електростатичні досліди з гребінцем.

Мета: спостереження взаємодії зарядженого гребінця і різних заряджених предметів.

Приготувати шматочки паперу або фольги, наелектризувати пластмасовий гребінець шерстяною тканиною чи вовною. Піднісши гребінець до паперу спостерігаємо за притяганням .Дослід стане цікавішим, якщо клаптики паперу замінити паперовим кільцем. Кільце рухається за наелектризованим гребінцем, подібний дослід можна провести із м’ячиком для пінг- понгу. Поклавши м’ячик на горизонтальну поверхню, слід піднести до нього наелектризований гребінець і, ніби чарівною паличкою скеровувати ним рух  м’ячика. До серії таких дослідів можна включити і дослід із струменем води, що ллється з крану чи пластикової пляшки. Піднісши наелектризований гребінець спостерігаємо вигин струменя в бік гребінця.

 

 

Дослід 3.Наелектризовані повітряні кульки.

Мета: Спостереження  різних ефектів, пов’язаних з електризацією тіл.

 Такі досліди прості і ефектні. Спочатку надути кульки, потім наелектризувати об хутро чи вовняну тканину. Піднімаючи кульку над волоссям, спостерігаємо як волосинки тягнуться за нею. Якщо наелектризовану кульку піднести до борошна, цукру, солі, пудри, то вона стане «сніжною».  Ефектним є дослід, коли наелектризована кулька прилипає до стіни стелі  і висить деякий час в такому положенні. До кульки прилипають інші наелектризовані предмети: шматочки паперу, нитки, металева фольга.

 

Дослід 4.виготовлення стрілки-індикатора електричного поля.

Мета: Виготовлення  індикатора електростатичного поля

Найпростіший індикатор електричного поля може бути легка стрілка, що вільно обертається на закріпленій вісі. Підготовлену стрілку обережно встановлюють на вістря звичайної швацької голки. Стрілку встановлюють горизонтально, щоб преребувала в рівновазі. Якщо до стрілки піднести заряджене тіло, то стрілка – відхилиться. Стрілку можемо виготовити з легкого паперу або фольги.(Таку стрілку називають версоріумом)

.

Дослід 5.Виготовлення електричного «султанчика».

Мета: Виготовлення найпростішого пристрою для демонстрації електростатичної взаємодії.

Для домашніх дослідів можна виготовити найпростіший «султанчик». Для цього в порожній

Корпус кулькової ручки, чи фломастера необхідно вставити пучок  із ялинкового дощику або ниток вовняних чи муліне. З коробки або флакону виготовити тримач, закріпити в ньому корпус ручки. Смужки дощику чи фольги потягнуться за наелектризованим тілом

Дослід 6.Спостереження дії електростатичного поля за допомогою моделі точкового заряду.

Мета: Виготовлення моделі точкового заряду й використання її для спостереження дії електростатичного поля, дослідження взаємодії зарядів.

З тонкої гумової плівки(медичної рукавички або надувної повітряної кульки) зробити маленьку кульку, діаметром  2 – 2,5 см і підвісити її на тонкій шовковій нитці. Кульку вкриваємо тонким шаром графіту, тим самим робимо поверхню провідною. Для цього використовуємо графіт креслярського олівця. Наелектризоване тіло, пластмасовий футляр від компакт- диску, більший за розмірами, ніж кулька. Підносячи кульку до зарядженого тіла з різних боків, можна спостерігати дію електростатичного поля на внесений у нього точковий заряд. Дві однакові кульки зарядити спочатку однаковими, а потім різними зарядами, спостерігаємо взаємодію зарядів.

.

Дослід 7.Саморобний електроскоп

Мета: Виготовлення найпростішого електроскопа й проведення з ним дослідів з метою вивчення електростатичних явищ.

Можна взяти скляну банку, ємністю 0,5 л із поліетиленовою кришкою. У центрі кришки зробити отвір. В отвір вставити гвіздок або дріт, діаметром1.5 -2 мм, на ньому закріпити  пелюстки паперу чи фольги. До сконструйованого електроскопу підносити різні наелектризовані тіла, спостерігаємо відхилення пелюсток електроскопу. Учням можна запропонувати сконструювати електроскоп власної конструкції.

Дослід 8.Спостереження поведінки провідників і діелектриків в електростатичному полі.

Мета: Спостереження й пояснення поведінки провідників та діелектриків в електростатичному полі

Спостерігаємо поведінку  дерев’яного та металевого тіл, які підвішують в електричному полі. Електричну лампочку встановимо в склянну банку. На лампочку по черзі можна класти дерев’яну, пластмасову, металеву лінійки. Підносимо до лінійки наелектризовані предмети спостерігаємо за рухом лінійки – каруселі.

 

Дослід 9.Спостереження електростатичної взаємодії заряджених тіл.

Мета :Спостереження електростатичної взаємодії тіл, заряджених за допомогою тертя.

Спостерігаємо електростатичну взаємодію повітряних кульок, поліетиленових плівок, вовняних ниток, файлів, пластикових папок для паперу, листки паперів. Використовуємо султани, електроскопи, визначаємо знаки зарядів.

 

Електрична карусель.

 

О б л а д н а н н я: 1) колесо Франкліна з підвішеними до нього  вершниками; 2) штатив ізолюючий;

 3) електрофорна машина; 4) кусок тонкого проводу; 5) свічка; 6) сірники.

 

     На ізолюючому штативі закріплюють голку, вставлену в невеликий металевий стержень. На голку насаджують колесо Франкліна з підвішеним до нього вершниками з паперу. Головку штатива сполучають довгим тонким проводом з одним з кондукторів електрофорної машини (машину можна заховати від глядачів). Обертаючи останню, демонструють обертання каруселі в бік, протилежний до того, в який загнуті вістря.

     Пояснюючи роль вістря, закріплюють колесо на осі нерухомо і підносять до якого-небудь одного вістря колеса полум’я свічки. Електричний «вітер» з зарядженого вістря гасить полум’я.

     Це пояснюється тим, що біля вістря електричне поле має велику напруженість, внаслідок чого молекули повітря навколо вістря іонізуються. Газові іони, які мають такий самий заряд, як і вістря, відштовхуються від нього, що призводить до утворення електричного «вітру». Іони протилежного знака притягуються до вістря, нейтралізують його заряд, внаслідок чого заряд ніби «стікає» з вістря. Якщо вістря встановити на осі, то в результаті взаємодії його заряду з газовими іонами воно починає обертатися.

     Колесо Франкліна можна виготовити із залізних дротинок діаметром 1,5-2 мм, завдовжки 110 мм (з них 10 мм загинають, а кінці загострюють). Дротинки припаюють до головки і зрівноважують оловом. Головку можна взяти з магнітної стрілки або вирізати з жерсті маленький кружечок і для насаджування на голку кернером зробити в ньому заглибину

     Замість вершників можна зробити човники з ляльками. Вершників можна нашпилити на дротики.

 

 

 

           Цікава фіззарядка.

 

О б л а д н а н н я: 1) фігура паяца на ізолюючій підставці; 2) електрофорна машина; 3) тонкий довгий провід; 4) штатив ізолюючий; 5) розрядник.

 

     З тонкого цупкого картону вирізають три однакові за величиною фігури паяца без рук.

В одній з них роблять довгі вирізи для рук, прокладають її між двома іншими, і склеюють фігури столярним клеєм. Руки вирізують з цупкого паперу і закріплюють шарнірно. Для кращої електропровідності тулуб і руки обмазують графітом(серцевина простого олівця),

Прикрашають паяца фарбами, кольоровим папером і встановлюють на ізолюючій підставці, як показано на малюнку.

     Довгим тонким проводом сполучають паяца з металевою верхівкою ізолюючого штатива. Сполучаючи верхівку штатива по черзі з електрофорною машиною і заземлюючи її, демонструють, як паяц піднімає і опускає руки. На вечорі цікавої фізики це можна робити під команду ведучого, заховавши ізолюючий штатив і машину за ширмою.

 

             

 

 

 

 

 

               Цікаві способи електризації.

 

О б л а д н а н н я: 1) кусок гумової трубки; 2) дрібні кусочки паперу; 3) електрометр Брауна з порожнистою кулею; 4) два-три куски стрічки від конденсатора постійної ємкості; 5) підйомний столик.

 

     Добре промиту водою з милом і досуха витерту чистим рушником нову товсту гумову трубку завдовжки 20-25 см беруть  за кінець, доторкуються нею до  дрібних кусочків паперу, покладених на підйомний столик, і звертають увагу на те, що  вона їх не притягує. Після цього рвучко вдаряють кінцем трубки об край стола і відразу після удару знов доторкуються до кусочків паперу. Тепер трубка їх притягує, бо вона наелектризована.

     Можна показати ще інший незвичайний вид електризації. Від паперового конденсатора постійної ємкості беруть 2-3 куски стрічки завдовжки 25-30 см і вздовж розрізують їх на смужки завширшки 2-2,5 см. На одному кінці кожної смужки треба трохи відділити паперову пропарафіновану стрічку від станіолевої, щоб за їх кінці можна було взятися пальцями.

     Демонструють дослід так. На стержень електрометра Брауна насаджують порожнисту кулю з набору до електрометрів і всередину її, тримаючи за кінці, одну по одній опускають приготовлені смужки; електрометр не заряджається. Після цього всі смужки з кулі виймають і, відділяючи станіолеві стрічки від паперових (тримаючи їх  у повітрі за кінці), опускають останні всередину кулі. Електрометр при цьому заряджається.

     Цінність дослідів у тому, що вони ілюструють ще один випадок електризації тіл, крім електризації внаслідок тертя, або при стиканні з зарядженим тілом.

 

 

 

 

 

 

 

        «Перелякана дитина».

 

О б л а д н а н н я: 1) велика целулоїдна лялька з наклеєними замість волосся нитками; 2) електрофорна машина; 3) довгий тонкий провід.

 

     На голову великої целулоїдної ляльки наклеюють волосся з кусочків штопальних ниток, змазаних графітом для кращої електропровідності. Поверхню голови між волоссям теж треба змазати графітом.

     Під час досліду ляльку, голова якої сполучена з кондуктором замаскованої електрофорної машини, садять на стіл. Пояснюючи учням, як треба поводитися з дитиною, повчають їх, що на дитину не можна кричати, лякати її і т.п. Після цього переходять до наочного прикладу поганого поводження з лялькою, що сидить на столі, а в цей час наелектризовану голову ляльки: волосся її стає дибом. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Електричний гопак.

 

О б л а д н а н н я: 1) прилад «електричний гопак»; 2) електрофорна машина; 3) підйомний столик; 4) два довгих тонких проводи; 5) розрядник (дротина на ізолюючій ручці.

 

     Прилад «електричний гопак» виготовляють так. На дерев»яній дощечці розміром 180х150х20 мм один над одним установлюють два металевих кружки діаметром 100-120 мм (можна використати денця великих консервних коробок). Верхній кружок треба встановити над підставкою на висоті 180-200 мм і ізолювати від неї за допомогою, наприклад, канцелярської ручки з плексигласу. Нижній кружок установлюють на відстані 60-70 мм від верхнього, але так, щоб висоту його можна було регулювати. Для цього в підставку приладу вставляють кусочок металевої трубки висотою 100 мм; у цій трубці пересувається металевий стержень, до якого припаяний нижній кружок; закріплювати його можна за допомогою гвинтика, що вкручується в трубку.

     З кусочка вати виготовляють ляльку (висота її 50 мм, вага 0,35 г). Щоб лялька не змінювала своєї форми, її шию, руки і ноги обмотують тонкою ниткою або намазують клеєм. Для доброї електропровідності ляльку обмазують графітом (серцевина простого олівця).

     Демонструвати дослід можна двома способами.

1. Нижній кружок встановлюють на відстані, на 15-20 мм більшій за висоту ляльки, від верхнього кружка. Кружки сполучають з розведеними кондукторами електрофорної машини. Помічник починає обертати машину, а виконавець досліду вставляє ляльку між кружками. Якщо вона не танцює, то відстань між кружками треба трохи змінити, розрядивши машину.

Тут використовується взаємодія між різнойменними зарядами: лялька заряджується,

Притягується до верхнього кружка, розряджається і перезаряджається, падає вниз, і процес повторюється.

      2.  З одним з кондукторів машини сполучають тільки верхній кружок. Помічник обертає машину, а виконавець досліду лівою рукою тримає стержень нижнього кружка ( і тим його заземлює), а правою рукою вставляє ляльку між кружками. Як тільки висоту нижнього кружка буде врегульовано, лялька почне танцювати.

      Тут використовується явище електростатичної індукції різнойменних відносно верхнього кружка зарядом ( однойменний відводиться в землю), і далі процес відбувається аналогічно до попереднього.

     Закінчують дослід так. Зупиняють машину: лялька стоїть нерухомо. Не гаючи часу, сполучають кондуктори машин розрядником: лунає «постріл», і лялька падає, наче вбита.

     Ляльку можна вирізати з цупкого паперу і затушувати простим олівцем, а замість кружків узяти диски від розсувного конденсатора-електрофора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   Кенгуру-боксер.

 

О б л а д н а н н я: 1) прилад «кенгуру-боксер»; 2) електрофорна машина; 3) два тонких довгих проводи.

 

     Прилад виготовляють так. З товстого картону вирізають фігуру боксера заввишки 100 мм, обклеюють її станіолем, користуючись клеєм БФ-2, наклеюють контур з білого паперу і розфарбовують. Фігуру встановлюють на дерев’яній дошчеці (200х100х20 мм), ізолюючи її від останньої двома маленькими кусочками плексигласу. Щоб закріпити боксера на підставці, до його ніг приклеюють вузенькі смужки жерсті, які встромляють в отвори в плексигласі.

     З креслярського паперу вирізують фігуру кенгуру-боксера заввишки 80 мм, з одного боку обклеюють станіолем, розфарбовують і підвішують проти боксера до гачка з дроту на нитяному біфілярному (подвійному) підвісі. Висота гачка – 240 мм, довжина його горизонтальної частини – 100 мм, відстань між фігурами 25-30 мм.

     Для кращої  електропровідності нитку підвісу обмазують графітом (серцевина простого олівця).

     Демонструють цей дослід двома способами так само, як і дослід з приладом «електричний гопак» (див. попередній дослід).

    Електризація людини.

 

О б л а д н а н н я: 1) електрофорна машина; 2) ізолюючий столик; 3) два з’єднувальних проводи.

 

     Один учень стає на ізолюючий столик. В руку йому дають кінець проводу, сполученого

з одним з розведених кондукторів електрофорної машини. Другий кондуктор заземлюють (його кінець можна підкласти під підставку машини). При  обертанні машини волосся на голові учня піднімається.

     Якщо ефект досліду недостатній, то треба, щоб над волоссям кілька разів провів долонею інший учень, який стоїть поруч на підлозі, не доторкуючись до нього, або замінити учня, що стоїть на столику, іншим, тому що має значення довжина волосся, його жорсткість та ін.

      Після цього досліду пропонують кому-небудь підійти до того, хто стоїть на столику, і поступово наблизити до його вільної витягнутої руки свій палець. Між руками учнів проскакує електрична іскра.

    Перед тим як зійти зі столика після закінчення досліду, учень  повинен спочатку випустити з рук провід, бо інакше розряд машини відбудеться через його тіло.

     Ізолюючий столик можна замінити пластинкою з органічного скла.

Електростатичні дзвіночки.

 

О б л а д н а н н я: 1) саморобний прилад «електростатичний дзвінок»; 2) електрофорна машина; 3) два тонких з’єднувальних проводи.

    Для досліду треба виготовити нескладний прилад, показаний на малюнку. На дерев’яній підставці встановлюють два стояки, один з яких металевий(зліва), а другий з органічного скла (можна використати канцелярську ручку). На стояках закріплюють чашечки від електричних дзвоників і гачок для підвішування металевої кульки, яку для ізолювання від гачка підвішують на капроновій нитці.

      Під час досліду праву чашечку сполучають з кондуктором електрофорної машини, а ліву заземлюють. Металева кулька притягується до зарядженої чашечки, заряджується однойменним зарядом, відштовхується, віддає заряд заземленій чашечці і процес повторюється, внаслідок чого дзвіночки весь час дзвонять Замість двох дзвіночків можна встановити три в один ряд (з двома кульками) або п»ять (на квадратній дощечці з чотирма кульками).

 

 

 

 

 

 

 

          Будова і дія грозозахисту.

 

О б л а д н а н н я: 1) макет будівлі з паперу; 2) електрофорна машина; 3) пробна кулька; 4) два тонких довгих проводи; 5) деко; 6) клаптик вати; 7) сірчаний ефір.

 

     З паперу  склеюють і розфарбовують макет заводського цеху з трубою або будинку з високою баштою; з гнучкої дротини або станіолевої смужки прикріплюють до нього громовідвід, нижній кінець якого сполучають з заземленим металевим деком, на якому встановлюють макет. Поряд з дротиною громовідводу кладуть клаптик вати, змоченої сірчаним ефіром.

     Пробну кульку на ізольованій ручці довгим тонким проводом сполучають з кондуктором електрофорної машини ( пробну кульку можна замаскувати макетом хмари з картону). Обертаючи машину, доторкуються кулькою до вістря заземленого громовідводу: макет залишається непошкодженим.

     Порушують заземлення громовідводу так,  щоб кінець його звисав над ваткою з ефіром. Тепер під час розряду блискавки макет будівлі займатиметься.

 

 

 

 

 

 

          Спалахування ефіру.

О б л а д н а н н я: 1) електрофорна машина 2) металева чашка; 3) ізолюючий столик; 4) ефір; 5) металева паличка.

      На стіл ставлять ізолюючий столик, а на нього –металеву чашку. У чашку наливають трохи ефіру і сполучають її проводом з кондуктором електрофорної машини. Чашку з ефіром заряджають, потім підносять до ефіру металеву паличку. Між паличкою і ефіром проскакує іскра, ефір спалахує.

     Металева паличка, яку держать у руці, сполучається з землею; заряд її дорівнює нулю. Ефір сполучений з електрофорною машиною і має певний заряд. Різниця потенціалів між піднесеною паличкою і ефіром при певній відстані між ними спричинює електричний розряд у повітрі у вигляді іскри, який запалює ефір.

     Замість металевої чашки можна взяти металеву ложку, тільки треба надати їй химерної форми. Можна зробити якусь дерев’яну підставку у вигляді чарівної чаші, а в неї заховати

Металеву ложку або коробочку, сполучену з електрофорною машиною. Ізолюючий столик можна замінити пластинкою органічного скла (плексигласу).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     Очищення повітря від диму.

 

О б л а д н а н н я: 1) мідний вольтметр; 2) електрофорна машина; 3) хімічний стакан з картонною кришкою; 4) два тонких з’єднувальних проводи; 5) димар і сірники.

 

       Щоб очистити повітря від диму та пилу і щоб добути з нього цінні речовини, які в розпиленому стані у великій кількості містяться у повітрі цехів промислових підприємств, користуються електричним полем високої напруженості. Цей спосіб використовується також для уловлювання з порожньої породи відходів азбесту, який не вдається здобути повністю при первинній переробці руд, в яких він вкраплений  ( з породи, яку висипають струменем з бункера, найлегші волокнинки азбесту під впливом електричного поля уловлюються в спеціальні резервуари).

     Принцип будови промислового електрофільтра можна продемонструвати так. Електроди мідного вольтметра, показаного на малюнку, сполучають з розведеними в  сторони кондуктором електрофорної машини. Поруч з вольтаметром для порівняння

ставлять хімічний стакан, накритий куском картону. Обидві посудини наповнюють димом і закривають кришками.

     При обертанні електрофорної машини дим у вольтаметрі швидко зникає, бо його частинки заряджаються й осідають на електродах, а в хімічному стакані залишається.

     Мідний вольтаметр можна замінити якою-небудь скляною посудиною з ізолюючою кришкою і закріпленими в ній металевими електродами. Якщо кришка скляна, то підвідні проводи можна пропустити між кришкою і стінками посудини.

     Один з електродів можна замінити прямою тонкою дротиною, сполучивши її з негативним полюсом машини.

    Щоб наповнити посудину димом, роблять димар із скляної баночки з двома трубками і грушею від пульверизатора.