Матеріали до уроків фізики 8 клас. Електричні явища 1. Будова атома. Електризація тіл

Матеріали до уроків фізики 8 клас. Електричні явища

1. Будова атома. Електризація тіл

Історична довідка

Природу відомого ще стародавнім грекам «рукотворного» електріческого явища - електризації тертям - вдалося встановити тільки в другій половині минулого століття. Ленінградський фізик М. І. Корнфельд з'ясував, що тертя тут відіграє второстепенную роль - воно необхідне тільки для більш тісного зближення поверхонь діелектриків.Оточуючі нас тіла, як правило, електрично нейтральні, тобто негативні і позитивні заряди компенсуються з високой точністю. Внаслідок теплового руху і розподілу електронів за швидкостями всередині тіла частина з них володіє кінетичеський енергією, достатньою для виходу за його межі. Така енергія називається термоелектронної роботою виходу і має різні значення для різних тіл. У результаті у поверхні тіла утворюється електронний газ. У звичайних умовах настає динамічна однорівновага: кількості електронів, що залишають тіло і входять до нього, приблизно рівні. При зближенні поверхонь тіл, настільки тесном, що шари електронного газу перекриваються, починається обмін електронами: вони переміщуються від тіла з меншою роботою виходу до тіла, у якого вона велика.Таким чином, більш правильно говорити: електризація посредством контакту тіл.

Цікаві факти

Вперше електризація рідини при дробленні була помічена у водоспадів Швейцарії в 1786 р. З 1913 р. явище отримало назву баллоелектріческого ефекту. Ефект електризації спостерігається не тільки у водоспадів на відкритій місцевості, а й у печерах. Заряд повітрю у водоспадів повідомляють мікроскопічні крапельки води і молекулярні комплекси, які при дробленні відриваються від водної поверхні і несуться в навколишнє середовище. Найбільш значивальний ефект електризації повітря спостерігається у найбільших водоспадів світу - Ігуассу на кордоні Бразилії та Аргентини (висота падіння води - 190 м, ширина потоку - 1 500 м) і Вікторія на річці Замбезі в Африці (висота падіння води - 133 м, ширина потоку - 1600 м). У водоспаду Вікторія за рахунок дроблення води виникає електричне поле напруженістю 25 кВ / м. При дробленні прісної води в повітря переходить негативний заряд. Тому в повітрі біля водопадов кількість негативних іонів перевищує кількість позитивних. У невеликої водоспаду Учан-Су в Криму відношення від'ємного іонів до кількості позитивних  6,2.

Біля берегів морів повітря здобуває позитивний заряд, внаслідок розбризкування солоної води. На поверхні морів і океанів розбризкування води починається при швидкості вітру болеї 10 м / с, коли на хвилях з'являються гребінці піни. Ставлення позитивних зарядів до негативних зарядів в повітрі над Чорним і Азовським морями досягає при бурхливому морі 2,04, при брижах - 1,48.

Підкорювач Джомолунгми І. Тенсинг в 1953 р. в районі южного сідла цієї гірської вершини на висоті 7,9 км над рівнем моря при -30 ° С і сухому вітрі до 25 м / с, спостерігав сильну електризацію обледенілих брезентових наметів, вставлених одна в іншу. Простір між наметами було наповнене численними електричними іскрами.

Рух лавин в горах в безмісячні ночі іноді сопровождається зеленувато-жовтим світінням, завдяки чому лавини стають видимими. Зазвичай світлові явища спостерігаються у лавин, рухомих по сніговій поверхні, і не спостерігаються у лавин, що проносяться по скелях. На озерах Антарктики під час полярної ночі іноді виникає світіння при розламуванні великих мас озерного льоду.

Блискавка вибирає найкоротший шлях до землі, тому попадає в будівлі або в дерева. Високі будинки обладнують металевтичними смугами (прутами), за якими електричний розряд йде в землю. Це громовідвід. Грозовий розряд йде на землю і назад по одному і тому ж шляху. Це відбувається з такою скоростю, що наше око бачить тільки одну спалах. На своєму шляху блискавка розжарює повітря, який, швидко розширюючись, створює звукову хвилю. Це викликає громові гуркіт. Ми чуємо їх після того, як побачимо блискавку, так як звук поширюється значительно але повільніше, ніж світло.

Якісні питання

• Які види зарядів існують в природі?

• Які заряди несуть протон, нейтрон, електрон, ядро ​​атома?

• Якими властивостями володіють заряди?

• У яких одиницях вимірюється електричний заряд?          

• Яким зарядом володіють кульки ? 

• Поясніть дії електричного поля на тіла

Прислів'я та приказки

1.Гроза застала в полі - сідай на землю. Чому?

2.Сколь кішку ні гладь, всі іскри летять. Чому, погладжуючи кішку, ми можемо спостерігати іскри?

3.Пряжа з іскорками, всі вон повискакували. Чому б іскрам вискакувати?

Загадки

1.К дальнім селам, містам

Хто йде по проводах?

Світле величність! Це ... (Електрика)

Від якого слова походить слово «електрика»?

2. Електричний струм. Джерела струму.

Історична довідка

Основна увага дослідників XVIII в., Що займалися проблемами електрики, була зосереджена на електростатичних явищах. Хоча Б.Франклін ще наприкінці 1740-х рр.. довів електричну природу блискавки, це атмосферне явище не було усвідомлено як принципово новий прояв електрики - електричний струм. Тому настільки великий ефект справило відкриття італійського анатома і фізіолога Л. Гальвані, що виявив в 1780 р скорочення мьшц препарованої жаби при дотику до них двох різнорідних металів, між якими є контакт. Гальвані не зміг знайти правильного пояснення відкритого їм ефекту і висунув ідею про існування так званого тваринного електричества. З критикою поглядів Гальвані виступив інший італійський вчений - Алессандро Вольта. Дискусія з Гальвані призвела Вольту в кінцевому рахунку до створення першого джерела постійного струму, який відкрив нову епоху в дослідженні електрики.

Алессандро Вольта народився 18 лютого 1745 в невеликому  містечки Комо поблизу Мілана. З ранніх років він виявляв інтерес до естевних  наук, особливо до молодої тоді області електрики. Всесвітню популярність принесло Вольті винахід електрофора в 1777 г Крім винаходи електрофора. Вольті принадлежит створення чутливого електроскопа з соломинками, плоского конденсатора.

Спочатку Вольта, насторожений ідеєю про «тваринному електричестве», з недовірою поставився до всієї роботи Гальвані. Ретельно повторів його досліди, Вольта переконався в точності зроблених Гальвані спостережень. Проте сумніви у справедливості їх обьяснения залишилися.

У результаті численних дослідів і тонких міркувань в 1793 р. Вольта прийшов до висновку, що ефекти, виявлені Гальвані, не є породженням самого організму, а виникають як наслідок зіткнення різнорідних металів. Ці дослідження  і привели вченого до винаходу вольтова стовпа - першого істочніка постійного струму.

Якісні питання

• Чи можна іскру, що виникла в електрофорної машині, назвати електричним струмом?

• Чи можна назвати блискавку, що виникла між хмарою і землей, електричним струмом? А між двома хмарами?

Загадки

1.По стежками я біжу.

Без стежок не можу.

Де мене, хлопці, немає,

Чи не запалиться в будинку світло. (Електричний струм.)

Що називається електричним струмом? Що необхідно, щоб в ланцюзі існував електричний струм?

Домашній експеримент

Візьміть картоплину або яблуко і застроміть в них мідну і цинкову пластинки. Підключіть до цих пластинках 1,5-В лам ¬ нирку. Що у вас вийшло?

3.Електричний ланцюг. Дія електричного струму.

Історична довідка

Майкл Фарадей народився 22 вересня 1791 в Лондоні в сім'ї коваля. Хлопчик зміг отримати лише початкову освіту. З 12 років він працював рознощиком газет, а потім підмайстром в друкарской майстерні. Завдяки щасливому випадку любознавальний юнак потрапив у поле зору відомого хіміка X. Деві. Перша наукова робота Фарадея (1816) присвячена хімічному аналізу їдкою тосканської вапна. У 1821 р. Фарадей зробив своє перше відкриття в області електромагнетизму.

Всі основні роботи з електрики і магнетизму Фарадей представляв у Лондонське королівське товариство. Про фундаментальності праці Фарадея дає уявлення просте перерахування получених ним результатів: відкриття явища електромагнітної індукції (1831), відкриття законів електролізу (1834), виявлення поляризації діелектриків і введення поняття діелектричної проніцаемості (1837), експериментальне доказ закону збереження заряду (1843)

На основі величезного зібраного експериментального матеріала Фарадей довів тотожність різних видів електрики. Виявлені Фарадеєм закони електролізу були свідченням дискретності електричного заряду.

Якісні питання

• Що відбувається з електронами в металі при виникненні в ньому електричного струму? Що відбувається з іонами в рідинах і газах при виникненні в них електричного струму?

• Де використовуються теплове, хімічне, магнітне дії струму?

• Який напрям має електричний струм у металах? У газах? В електролітах?

• З якою метою на стиках рейок електрифікованих залізниць роблять товсті мідні перемьгакі або зварюють рельси?

Домашні експерименти

1. Знайдіть будинку прилади, в яких можна спостерігати теплове, хімічне, магнітне дії електричного струму. Опишіть їх.

2. Намотайте на цвях трохи дроту і підключіть цей дріт до батарейці. Що відбувається з дрібними залізними предметамі поблизу вашого гвоздика і чому?

4.Сіла струму. Напруга

Історична довідка

Нехитрі досліди X. К. Ерстеда, що виявили вплив електричного струму на магнітну стрілку, справили на вчених усього світу незабутнє враження. Це пояснювалося тими возможностями, які відкривалися перед фізикою на шляху об'єднання навчань про електрику і магнетизм. Перша спроба построїння єдиної теорії електричних і магнітних явищ була зроблена А.-М. Ампером, який дав ім'я новій галузі фізичеський науки - електродинаміки.

Андре-Марі Ампер народився 22 січня 1775 р. до Ліоні в сім'ї комерсанта. У 14 років він вже простудіював всі 20 томів «вікіїнської» Дідро і Даламбера. У 1793 р. в житті Ампера сталася трагічна подія - за звинуваченням у контрреволюційній діяльності був страчений його батько, а майно сім'ї конфісковано. Юнакові довелося давати приватні уроки, щоб забезпечити засоби до існування.

Наукові інтереси Ампера відрізнялися великою різноманітністю. Основними його досягненнями є роботи з електродінамі ¬ ке. Ампер ввів сучасне правило напрямку струму, а також сучасную термінологію, пов'язану з струмом (електрорушійна сила, напруга, гальванометр та ін.)

Теорія Ампера була створена за образом і духу «Начал» Ньютона, що дозволило Дж. Максвеллу назвати французького вченого «Ньютоном електрики».

Цікаві факти

Одиночна клітина має потенціал спокою 60 мВ, а при порушенні має амплітуду всього близько 120 мВ. Тим часом електричний вугор вміє створювати напругу 800-900 В, а Нільські щука і сом - 200-350 В, що забезпечується послідовним з'єднанням багатьох клітин.

З 1971 р в деяких клініках стали успішно застосовувати електріческое поле для лікування кісткових переломів у людей. Так як цей метод пов'язаний з імплантацією під шкіру спеціальних електродів, його застосовують, тільки коли звичайне лікування (з фіксацією) не дає позитивного ефекту протягом декількох років. Результати електролікування перевершили всі очікування. У 84% хворих пропускание постійного струму (10-20 мкА) через 3 місяці призводило до інтенсівних зрощенню кістки в місці перелому.

У мармурового ската, що досягає 1,5 метра довжини, «аккумуляторной батареї» здатні видавати електричний розряд напруженіем 70-80 В з частотою 250-300 разів на секунду. Складаються батареї з ряду вертикальних м'язових призм, розділених перегородками зі сполучної тканини, і відповідних до них головних нервів. З кожного боки «кріпиться» по батареї. А електричний заряд у вугра здатний запалити більше 200 неонових ламп.

Загадки

1.Летіт птах орел,

Несе в зубах вогонь,

Вогневі стріли пускає,

Ніхто її не зловить. (Молнія.)

2.Мімо гаї, повз яру

Мчить без диму і без пари.

Лише колісний перестук

Чути далеко навколо (Електропоезд.)

5.Сопротівленіе. Закон Ома.

Історична довідка

Створення Алессандро Вольтой першого гальванічного елемента відкрило перед фізиками нову область досліджень. Протягом чверті століття інтенсивно вивчалися різноманітні ефекти, связанние з протіканням електричного струму (теплові, хімічні та ін.) Найважливіший крок на шляху створення теорії електричних ланцюгів був зроблений німецьким фізиком Г. Омом в середині 1820-х рр..

Георг Ом народився 16 березня 1789 р в Ерлангені в сім'ї слюсаря. Навчався спочатку в гімназії, а потім в місцевому університеті. После переїзду в Кельн Ом активно займається фізикою, почавши з ремонта приладів і вивчення наукової  літератури. У 1820 р під впечатленням відкриття Ерстеда він приступив до самостійного изученню електромагнетизму. У 1825 р. Ом зважився представити науковому світу плоди своєї праці у вигляді статті « повідомлення про закон, за яким метали проводять  електрику».

Учений не обмежився встановленням емпіричного закону постійного струму. Він спробував побудувати теорію електричних ланцюгів.

Відкриття Ома було скептично сприйнято в німецьких научних колах, і лише в 1852 р йому була надана кафедра в університеті.

У 1841 р Ому була присуджена вища нагорода Лондонського Королівського товариства - медаль Коплі.

Якісні питання

• Що називається опором? У чому ірічіни сопротивленя?

• Напруга на провіднику зменшили в чотири рази. Як зменілся опір провідника?

• Довжину провідника зменшили втричі. Як змінилося сопротивлення провідника?

• Проволоку зігнули навпіл і включили в мережу. Як зрадьлось опір дроту?

 Загадки

2. Різнобарвні ланцюга ці

З лампочок роблять діти. (Електрогірлянда.)

Цікаві факти

Тканини живих організмів дуже різнорідні за складом. Органические речовини, з яких складаються плошис частини тканин, предявляють собою діелектрики. Однак жідкосгі містять, крім органічних колоїдів, розчини елскгролі гов і тому являються відносно гарними провідниками. Наибільшую електропровідність мають спинномозкова жидкос., сиворотка крові. Поганими провідниками, які відносятся і до діелектриків, є роговий шар шкіри, сухожилля і особливо кісткова тканина без окістя.

6. Робота і потужність електричного струму. Закон Джоуля-Ленца.

Історична довідка

Емілія Християнович Ленц народився 24 лютого 1804 в сім'ї чиновника в Дерпті (нині Тарту) в Естонії. Завдяки зусиллям матері він успішно закінчив гімназію і вступив до університету. Названа діяльність Ленца почалася рано: після другого курсу університету він за рекомендацією ректора в якості фізика научної експедиції відправляється в кругосвітнє плавання. Е. X. Ленц заклав основи першої в Росії наукової школи фізиків-електротехніків, з якої вийшли згодом такі знаменитості, як А. С. Попов, Ф. Ф. Петрушевський, В. Ф. Миткевич та ін

в 1843 р. Ленц після проведення тонких експериментів независимо  від Дж. Джоуля приходить до встановлення закону теплового действия струму. На підставі 16 серій вимірювань Ленц у статті «Про законах виділення тепла гальванічним струмом» зробив наступний вивод: нагрівання дроту гальванічним струмом пропорційно її опором і квадрату сили струму.

Майбутній великий американський винахідник Томас Алва Едісон відвідував школу в рідному селищі Мілан в штаті Огайо всього кілька місяців. Вчителів дратувало його впертість, і мати стала займатися з сином будинку. Він освоїв престижну на той час професію телеграфіста. Здібний юнак навчився посилати і примати телеграми з рекордною швидкістю, але працювати, нічого не вигадуючи, йому було не цікаво. І він зробив пристосування до телеграфного апарату, завдяки якому той продовжував працювати, навіть коли Едісон солодко спав у сусідній кімнаті.

У віці 21 року Томас переїхав до Бостона, де став шукати присування своїм винаходам. Дуже скоро він придбав популярність як електрик, досконало знає телеграфні апарати.

Створення системи електричного освітлення стало одним з головних досягнень Едісона. Трудитися над нею він почав в 1878 р., будучи ще молодим. Ця робота тривала трохи більше року. Преддання, пов'язані з виготовленням електричної лампи розжарювання, робилися і раніше, в тому числі видаюіщмся російським електротехніком Олександром Миколайовичем Лодигіним. Едісон вніс в конструкцію лампи багато важливих удосконалень. Він добився значно кращого видалення повітря з лампи, завдяки чому розжарена нитка світилася, що не перегорить, протягом багатьох недель. 1 січня 1880 г на демонстрацію нової системи освітлення в Менло-Парк були запрошені три тисячі осіб: державні  діячі, вчені, журналісти, бізнесмени. Показ електричного освітлення будинків і вулиць пройшов дуже вдало.

Якісні питання

• Ніхромовий провідник замінили константанових таких же розмірів. Як при цьому змінилася потужність плитки?

• Як змінюється потужність лампочки при іі тривалої роботі?

• Як змінюється кількість теплоти, виделяющееся в провіднике, включеному в мережу з незмінним напругою, при зменшенні довжини провідника в два рази, збільшення в чотири рази?

• Як зміниться робота електричного струму в провіднику при заміні провідника на провід, перетин якого в два рази більше?

Загадки

1.Провелі під стелю

Дивовижний шнурок.

Пригвинтили бульбашка -

Загорівся вогник. (Дріт з лампочкою.)

Що відбувається всередині лампочки при включенні її в електричний ланцюг? Чому вольфрамова ниточка нагрівається сильно, а підводять дроти ні?

2.Гладіт все, чого стосується,

А доторкнешся - кусається. (Утюг.)

3.В полотняній країні по річці-простирадлі пливе пароплав

то назад, то вперед. То назад, то вперед. Пропливає пароплав. Зупиниш - горе: продірявили море! (Утюг.)

Які провідники використовують в прасках в якості нагрівачного елемента?

4.Дом - скляний пляшечку. І живе в ньому вогник!

Вдень він спить, а як прокинеться. Яскравим полум'ям запалиться. (Лампочка.)

5.Мігнет, моргне, У пухирець пірне,

У бульбашці - під козирок.

Вночі в кімнаті деньок. (Спіраль розжарювання електролампочки.)

6.Золотая пташка

Увечері в будинок влітає -

Весь будинок висвітлює. (Електрична лампочка.)

Хто винайшов електричну лампочку?

7.Вісіт груша - не можна з'їсти. Не бійся - чіпай.

Хоч всередині і вогонь. (Лампочка.)

8.Очень суворий контролер

Зі стіни дивиться в упор. Дивиться, чи не моргає:

Варто тільки світло запалити

Іль включити в розетку піч -

Всі на вус мотає. (Електросчетчік.)

 

література

1.Еноховіч А. С. Довідник з фізики. - М.: Просвещение, 1990.

2.Кочнев С. А. 300 запитань і відповідей про Землю і Всесвіту. - Ярославль: Академія розвитку, 1997.

3.Перельман Я. І. Цікава фізика. - М.: Наука, 1979.

Збірник загадок: Посібник для вчителя. - М.: Просвещение, 1988.

4.Хочу все знати. - Л.: Дет. літ., 1970.