Презентація "Магнітні та електричні фізичні явища"

Магнітні та електричні фізичні явища

Ще у давнину люди помітили, що одні тіла можуть притягувати інші. Такі тіла стали називати магнітами. Тіла, які мають магнітні властивості, називаються магнітами (від грецького – камінь з міста Магнесії – давнього міста у Туреччині). Отже, залізна руда є природним магнітом. 

Магнітні явища — це явища притягування тіл до магніту. Вони притягують до себе предмети в складі яких є залізо або сталь. Однак більшість металів, папір, тканина, скло є немагнітними. Ділянки, де магнітна дія виявляється найсильніше, називають полюсами магніту. Магніт має два полюси – північний N і південний S. Неможливо одержати магніт тільки з одним полюсом. Якщо його розділити на частини, то кожна із частин магніту матиме два полюси. Навіть найменший шматочок магніту, відокремлений від будь-якої його частини, завжди матиме два полюси.

Основні властивості постійних магнітів. Однойменні полюси (Пн. і Пн. або Пд. і Пд.) магнітів відштовхуються, а різнойменні (Пн. і Пд.) — притягуються.

Як орієнтуватися на місцевості? Навколо намагнічених тіл і електричного струму існує простір, де діє магнетизм. Цей простір називають магнітним полем Наша планета подібна до величезного магніту. Том для орієнтування на місцевості люди виготовили прилад компас. Хоча напрями на північ і південь компас показує лише наближено, тобто з певною похибкою. Він дає змогу визначати сторони горизонту за будь-якої погоди. Тому компас обов’язково беруть із собою мореплавці, геологи, туристи. Іноді спостерігаються так звані магнітні бурі, коли компас може не показувати правильно напрямку північ-південь. Це буває тоді, коли Сонце виявляє активність і в атмосферу Землі потрапляє значна кількість заряджених частинок, зокрема електронів і протонів.

Компас. Основна складова цього приладу – магнітна стрілка. Вона розташована на вістрі голки і вільно обертається. Оскільки наша планета сама є магнітом велетенських розмірів, магнітна стрілка компаса щомиті відчуває магнітну дію Землі. І тому один її кінець завжди вказує на північ, а інший – на південь. 

Магнітні явища в природіДеякі живі організми можна назвати «живими магнітами». У степах Північної Америки росте невеличка рослина, яку називають сильфіум. Їїї широкі мережані листочки розташовані в одній площині і завжди орієнтовані ребром на північ південь, широкою стороною на захід схід. Для подорожніх сильфіум є надійним компасом. Ця дивна властивість захищає рослину від пекучих сонячних променів і надмірного випаровування вологи. Магнітне поле Землі є орієнтиром, наприклад, для слимаків. Якщо на шляху слимака покласти магніт, що діє на слимака трохи сильніше, ніж магнітне поле Землі, то, повертаючи магніт у той чи інший бік, можна змінювати напрям руху слимака. Виявлено, що навіть мухи якимось способом відчувають магнітне поле Землі. Німецький учений Гюнтер помітив, що в 90 випадках зі 100 вони сідають на горизонтальну поверхню в напрямку точно північ – південь або схід – захід. Таку саму особливість він виявив у хрущів і термітів.

В атмосфері Землі періодичні виникають так званні магнітні бурі, пов’язані з потраплянням до неї значної кількості протонів та електронів через додаткову активність Сонця. Магнітні бурі провокують напади захворювань нервової та серцево-судинної систем, а також порушують роботу телевізійних ретрансляторів і навігаційних приладів.

Щодня ми користуємося найрізноманітнішими електричними приладами і так звикли до їхніх послуг, що вкрай рідко цікавимося: а як же працюють ці розумні прилади? Ми навіть не замислюємося над тим, яких дивовижних явищ природи воно стосується.

Якщо пластмасову лінійку натерти папером, то вона притягуватиме до себе маленькі клаптики паперу, пір’їнки, тонкі цівки води так само, як магніт залізо. Подібне відбувається, коли до клаптиків паперу піднести пластмасовий гребінець, яким щойно розчісували сухе волосся. В обох випадках це сталося тому, що внаслідок тертя лінійка та гребінець наелектризувалися, тобто набувають електричного заряду. Явище, в результаті якого тіла набувають властивості притягувати інші тіла, називають електризацією тіл, а самі тіла називаються наелектризованими або ж такими, що мають електричний заряд.

Слово «електрика» ввійшло до науки значно раніше, ніж були винайдені електричні лампи, електродвигуни, холодильники, телевізори, радіоприймачі. Ще за 600 років до нашої ери стародавні греки помітили, що коли бурштин, або янтар (тверда смола хвойних дерев, що росли на Землі сотні тисяч років тому), потерти об вовну, то він набуває властивості притягувати до себе пір'їнки, листочки, соломинки. Грецькою мовою янтар – електрон, від чого й пішло слово «електрика». Подібну до бурштину властивість мають й інші речовини й тіла. Якщо скляну паличку, потерту об шовкову тканину, піднести до сухої руки, то можна почути легке потріскування, а в темряві – побачити невеликі іскорки. Іскри можна побачити також під час знімання вовняного або синтетичного одягу в темній кімнаті. Це і є невеликі блискавки і громи. Дуже легко наелектризувати тертям об хутро палички з гуми, сірки, пластмаси, капрону.

Тіла заряджаються не лише у разі натирання одних тіл іншими. Під час будь-якої взаємодії різнорідних тіл та безпосереднього контакту відбувається їх заряджання. Але при натиранні контакт між тілами щільніший і вони заряджаються сильніше, що легше виявити під час дослідів. Електризуються тіла й від стикання з наступним їх роз'єднанням. Унаслідок стикання скляної палички та шматочка гуми електризується і скло, і гума. В електризації завжди беруть участь два тіла. Під час електризації електризуються обидва тіла. Виконуючи досліди з електризації різних тіл, учені домовилися, що один заряд називатиметься позитивним, а інший – негативним, тобто зарядам приписали знаки «+» (плюс) і «–» (мінус).

У 1897 році відомий англійський фізик Джозеф Джон Томсон установив наявність в атомах крихітних частинок, які згодом отримали назву — електронів. Ці дуже легкі частинки є в будь-яких речовинах. За певних обставин електрони здатні залишати свої атоми чи, навпаки, «приєднуватися» до інших. У цих випадках кажуть, що атоми перетворюються на іони. Атоми, яким не вистачає електронів, називають позитивними іонами, а ті, що «захопили» зайві, — негативними. Наелектризовані тіла взаємодіють між собою. Вони або притягуються одне до одного, або відштовхуються. Якщо тіла мають однакові заряди, вони відштовхуються одне від одного, а якщо різнойменні – притягуються одне до одного. Явища, пов’язані з електризацією тіл, мають назву електричних явищ.

Заряди можуть переміщуватися від одного тіла до іншого по деяких тілах. Якщо електричні заряди переміщуються у речовинах (тілах), то такі речовини (тіла) називають провідниками, а якщо не переміщуються – непровідниками, ізоляторами або діелектриками. Усі метали, ґрунт, розчини солей і кислот у воді є провідниками електричних зарядів. У тілі людини також добре переміщуються електричні заряди. Через тіло людини заряджені тіла розряджаються, тому воно так само є провідником електрики. Якщо доторкнутися до зарядженого тіла рукою, електричні заряди перейдуть на наше тіло, а через нього в землю. Тіло стане незарядженим, тобто втратить електричні заряди. Більшість речовин у природі не є провідниками. Порцеляна (фарфор), ебоніт, скло, бурштин, шовк, капрон, пластмаси, бензин, гас, повітря непровідники електрики. Тіла, виготовлені з таких речовин, називають ізоляторами (від грецького слова ізоляро – відокремлювати).

Сьогодні важко уявити собі життя без широкого використання електричного струму. Електрична енергія має величезне значення у житті людини. Вона приводить в рух трамваї, тролейбуси, електропоїзди. В промисловості електричне енергія приводить в рух верстати для обробки різних матеріалів, для плавки металу, для керування супутниками та космічними кораблями.

В побуті електроенергія освітлює наше житло, вулиці міст і сіл. На електричній енергії працюють швейні машини, електроплити, телевізори, приймачі та багато іншої побутової електротехніки. Електроенергія допомагає готувати їжу і лікує певні хвороби.

Що ж таке електричний струм?Найвідоміші з провідників — метали (мідь, алюміній), з них виготовляють електричні дроти. Рух електронів у провіднику в одному напрямку називають електричним струмом. Електричний струм – це впорядкований (напрямлений) рух заряджених частинок. Електричний струм не можна побачити. Для практичного використання електричного струму потрібні джерело струму, його споживачі (наприклад, лампи), а також провідники, за допомогою яких струм передається від джерела до споживача. Для вмикання струму користуються вимикачами, а для запобігання пошкодженню приладів – запобіжниками. Усі складові частини з’єднані у замкнене коло. Тому такі установки називають електричними колами.

Щоб електричний струм у провіднику існував протягом певного часу, потрібно мати джерело електричного струму. Добре відомими вам джерелами струму є батарейки, акумулятори для кишенькового ліхтарика, різних електричних іграшок, годинників, мобільних телефонів тощо. Електроенергія виробляється на електростанціях, які використовують багато вугілля, нафти, газу, витрачають прісну воду річок. Потужними джерелами електричного струму є різні типи електростанцій: теплові (ТЕС), гідравлічні (ГЕС), атомні (АЕС), вітрові (ВЕС), сонячні (Геліостанції), геотермальні (Гео. ЕС) (використовується теплота Землі) електростанції. В нашій країні є гідроелектростанції, збудовані на великих та малих річках, теплові та атомні електростанції. Машини за допомогою яких виробляють електричну енергію називають генераторами. Їх приводить в дію сила води чи пари.

Кількість спожитої електроенергії вимірюється приладами, які називаються електролічильниками. Чим більше приладів увімкнено тим швидше обертається диск лічильника, який рахує кількість спожитої електроенергії.

Вирішальна роль електричної енергії у сучасному житті пояснюється її перевагами перед іншими видами енергії. По-перше, електрична енергія найбільш універсальна, вона легко перетворюється в механічну, теплову, хімічну, світлову тощо. По-друге, електричну енергію зручно розподіляти між найрізноманітнішими споживачами. Навіть у вашій квартирі від однієї електромережі живляться радіоприймач і телевізор, електрична лампа і холодильник, електрична праска і магнітофон. По-третє, електричну енергію можна досить просто передавати на значні відстані без значних втрат. Це дає можливість за допомогою ліній електропередачі енергію подавати від гідравлічних електростанцій, що їх зводять на річках, чи теплових електростанцій, які можна будувати біля покладів палива.

Електрика у природіУ природі також є електричні явища, що супроводжують людину все життя,— це блискавки, величезні електричні розряди, які можуть завдати багато лиха. Блискавка – велетенський електричний іскровий розряд довжиною декілька кілометрів та діаметром у десятки сантиметрів. Триває недовго: лише десяті частки секунди. Під час грози внаслідок тертя в хмарах шарів повітря і краплин води відбувається їх електризація. Під час грози наелектризовані хмари можуть зблизитись настільки, що від цього виникає електричне явище – блискавка. Грім, що супроводить блискавку зовсім безпечний. Це звук, який виникає від раптового розширення повітря, що нагрівається під час виникнення блискавки. Під час грози блискавка також може виникнути між хмарою та землею. Це дуже небезпечно, бо від блискавки трапляються пожежі і гинуть люди. Тому під час грози необхідно дотримуватись певних правил: уникати контакту з металевими тілами. Якщо гроза застала на відкритій місцевості, рекомендується сісти на землю і перечекати її. Можна заховатися у заглибину в землі, а не стояти під поодиноким деревом. Щоб запобігти влучанню блискавки, на будинки та інші споруди встановлюють блискавковідводи.

Електричне походження мають також полярні сяйва. Вони являють собою разюче явище світіння, що спостерігається на небі найчастіше у полярних областях. Вважається, що цей феномен існує також і в атмосферах інших планет, наприклад Венери. Природа і походження полярних сяйв є предметом інтенсивних досліджень. Вважають, що вони відбуваються в результаті світіння розріджених шарів повітря на висоті 90-1000 км під дією протонів й електронів, які проникають в земну атмосферу з космосу. Розрахунки, виконані на основі багатьох фотоспостережень на Алясці, в Канаді і Норвегії, показують, що близько 94% полярних сяйв приурочено до висот від 90 до 130 км над земною поверхнею. Максимальна зареєстрована висота появи полярного сяйва близько 1130 км, мінімальна — 60 км. Полярні сяйва мають дуже різноманітні форми, включаючи проблиски, плями, однорідні дуги і смуги, пульсуючі дуги і поверхні, спалахи, промені, променисті дуги, корони.

Іноді в океані, коли над судном проходять грозові хмари, моряки бачать, як на щоглах з’являється світіння, яке супроводжується легким потріскуванням. Час від часу вогники бігають й по поверхні води. Це вогні святого Ельма – світлові блідо-блакитні або фіолетові електричні спалахи довжиною від 30 см до 1 м і більше. Їх появу моряка вважали добрим знаком, який попереджує про закінчення шторму. Вогні святого Ельма часом виникають на гірських вершинах, а також на шпилях і гострих кутах високих будівель. Вперше їх побачили в епоху Середньовіччя на вежах церкви Святого Ельма. Це явище являє собою електричні розряди на кінцях електропровідників, коли в атмосфері навколо них сильно підвищується напруженість електричного поля. При цьому виникає розряд, але не відразу, як під час блискавки, а поступово. З гострих предметів вилітає безліч електричних іскор, утворюючи світіння. Вогні святого Ельма Деякі морські тварини(зокрема електричний скат) мають органи, що продукують електрику(для захисту від ворогів).