Урок " Електричний струм у газах. Самостійний та несамостійний розряд."

Тема урока: Электрический ток в газах. Самостоятельный и несамостоятельный  разряд.

Цель урока:

Образовательная:  сформировать у учащихся представление об электрическом токе в газах, о самостоятельном и несамостоятельном разряде, показать практическое применение газового разряда в быту, в промышленности, технике.

Развивающая: развитие мышления, внимания и умения выделять главное; формирование умений устанавливать причинно-следственные связи, развитие логического мышления, познавательного интереса.

Воспитательная: воспитывать у ребят навыки общения и самоорганизации.

Тип урока: усвоение новых знаний.

Эпиграф к уроку:

«Позавчера мы ничего не знали об электричестве, вчера мы ничего не знали об огромных резервах энергии, содержащихся в атомном ядре, о чем мы не знаем сегодня?»

Луи де Бройль.

Ход урока

І. Организационный момент

ІІ . Мотивация учебной деятельности

По оценке метеорологов, за секунду в землю ударяют 100 молний, которые высвобождают электрические заряды, накопленные в 200 грозах, это каждое мгновение бичует Землю. Любой удар молнии распространяется со скоростью 80000 миль в секунду, составляющей около половины скорости света, и порождает температуру, достигающую около 50000°С. Любое свечение в природе вызывает удивление и страх. О природе таких свечений мы узнаем сегодня на уроке.

Объявление темы урока:

Ребята, запишите в тетради тему урока: “Электрический ток в газах Самостоятельный и несамостоятельный разряд”.(Слайд1)

ІІІ. Актуализация опорних знаний

Прежде чем приступить к изучению нового материала, мы немного повторим пройденный.

 Игра  «Закончить фразу» (За правильный быстрый ответ, выдается жетон)

 Электрическим током называется…

 За направление электрического тока принято направление…

 Положительный ион, это атом…

Отрицательный ион, это атом…

Основными носителями заряда в металлах являются…

Основными носителями заряда в электролитах являются…

Полупроводники р-типа отличаются от полупроводников п-типа…

С увеличением температуры и освещенности полупроводника его проводимость…

Молодцы! Вы показали свои знания, сообразительность, любознательность, готовность идти дальше.

IV. Изучение нового материала

Вы знаете, что при обычных условиях все газы являются диэлектриками, то есть не проводят электрического тока. Этим свойством объясняется, например, широкое использование воздуха в качестве изолирующего вещества. Принцип действия выключателей и рубильников как раз и основан на том, что размыкая их металлические контакты, мы создаем между ними прослойку воздуха, не проводящую ток .(Слайд2)

• При каких условиях газ из диэлектрика может стать проводником?

Демонстрация 1. Около заряженного электроскопа пламенем свечи нагреваем воздух. Электроскоп сразу же разряжается.(Слайд3)

Вывод: Нагретый воздух теряет свои изоляционные свойства. При нагревании происходит ионизация газа, в нем появляются свободные заряды, и газ становится проводником.

Для того, чтобы газы проводили электрический ток, необходима ионизация газов. Ионизация газов - распад молекул газа на электроны и положительные ионы. Ионизация газа может происходить под влиянием различных внешних взаимодействий:

- сильного нагрева газа,

- рентгеновских лучей,

- космических лучей,

- бомбардировки молекул газа  электронами или ионами. (Слайд4)

Запись в тетрадь. Процесс образования ионов и электронов в газах называется ионизацией.

Демонстрация 2. Приводим в действие электрофорную машину. Наблюдаем искры, проскакивающие между разрядниками.

Пояснение: оба конца разрядников находятся под электрическим напряжением, между ними существует электрическое поле. С отрицательно заряженного электрода могут отрываться отдельные электроны, которые начинают двигаться к аноду, создавая электрический ток. При высоких напряжениях энергии электронов может хватить на то, чтобы ионизировать на своем пути нейтральные атомы газа и «пополнить» ряды заряженных частиц.

Факторы, которые приводят к возникновению электронов и ионов в газах, называют ионизаторами. Если ионизатор перестает действовать, то газ снова становится диэлектриком: ионы и электроны, сталкиваясь, снова образуют нейтральные атомы и молекулы (происходит рекомбинация). Газовый разряд в этом случае прекращается. Такой разряд будем называть несамостоятельным газовым разрядом.

Запись в тетрадь. Самостоятельный газовый разряд — разряд, который не требует для своего поддержания внешнего ионизатора.

Различают тлеющий, дуговой, искровой и коронный газовые разряды. (Слайд5)

Сообщения учащихся:

Тлеющий газовый разряд

Наблюдается при малых давлениях (несколько тысяч Паскалей). Основными являются процессы ионизации электронным ударом и вторичной электронной эмиссии на катоде (под воздействием положительных ионов). Используют в газовых трубках, применяемых в рекламных щитах, в лампах дневного света. В газовых трубках баллон лампы чаще всего заполняют неоном (красное свечение) или аргоном (сине-зеленое свечение). Баллон лампы дневного света заполнен парами ртути и дает фиолетовое и ультрафиолетовое свечение, которое поглощается слоем люминофора и преобразуется в видимый свет.

Видеофрагмент «Применение тлеющего разряда».

Дуговой газовый разряд

Это непрерывный процесс прохождения электрического тока через воздушный зазор между электродами (роль одного из них может выполнять деталь). Сопровождается ярким свечением и сильным нагреванием электродов. Температура канала дуги достигает 5000—7000 °С (поверхность Солнца имеет температуру приблизительно 6000 °С). Происходит разряд благодаря термоэлектронной эмиссии с поверхности разогретого катода. Применяют в электросварке, металлургии, прожекторах.

Видеофрагмент «Дуга».

Искровой газовый разряд

Возникает при высоких напряжениях. Происходит электрический пробой диэлектрика. Искровой разряд имеет вид ярких разветвляющихся зигзагообразных полосочек, длится всего несколько десятков микросекунд и обычно сопровождается звуковыми эффектами (потрескивание, треск, гром и т. д.). Дело в том, что температура газа, а следовательно, и давление в канале разряда значительно повышаются, в результате воздух быстро расширяется и возникают звуковые волны. В технике искровой разряд используют, например, для зажигания бензиновых двигателей, для обработки особо прочных металлов. Примером грандиозного искрового разряда в природе является молния.

Видеофрагмент «Искровой разряд».

Один из учащихся делает небольшое сообщение об особенностях возникновения молнии и правилах поведения во время грозы.

Коронный газовый разряд

Возникает на заостренных концах проводников. Вблизи острия появляется сильное электрическое поле, воздух ионизируется, и возникает разряд, внешне напоминающий корону. Чтобы уменьшить вероятность возникновения коронного разряда, увеличивают диаметр проводов.

Ионизированный газ, получаемый в процессе самостоятельного разряда, представляет собой особое состояние вещества — плазму. Чем выше температура, тем выше степень ионизации плазмы. Например, при 160 000 К В водородной плазме уже отсутствуют нейтральные атомы или молекулы. При температурах порядка миллиона градусов любое вещество находится в состоянии плазмы. В космическом пространстве это самое распространенное состояние вещества.

V. Закрепление нового материала

Вопросы для организации беседы

• Чем ионизация газа отличается от ионизации жидкости? {Ответ: При ионизации жидкости свободные электроны не образуются, при газовой ионизации наряду с ионами образуются свободные электроны.)

• Чем самостоятельный разряд отличается от несамостоятельного?При каких условиях несамостоятельный газовый разряд может стать самостоятельным?

• Что произойдет с электрической дугой, если охладить катод? анод? {Ответ: При охлаждении катода дуга гаснет — прекращается термоэлектронная эмиссия, при охлаждении анода — дуга горит.)

• Почему полярные сияния происходят чаще и активнее в периоды наибольшей солнечной активности?

• Какими способами можно ионизировать атомы газа?

• Почему говорят, что молния может находить зарытые под землей клады?

• Почему у альпинистов существует правило: ночуешь высоко в горах — все металлические предметы собери и сложи подальше от лагеря?

VІ. Задание на дом

Прочитать П.25.Ответить на вопросы в конце параграфа.

VІІ. Рефлексия. Итог урока.      

Фронтальный опрос:

– что понравилось на уроке?

– что хотелось бы изменить?

– что хотелось бы добавить в урок?

– как вы оцениваете вою сегодняшнюю работу на уроке? почему?

 Вы познаете тайны природы. Много в ней загадочного и необъяснимого. Сегодня мы прикоснулись еще к одной тайне, тайне  электрических разрядов.

Видеофрагмент «Искровой разряд».