Обновлено: 06.07.2024

Электростатика изучает взаимодействие неподвижных зарядов. Ключевые эксперименты электростатики были проведены в XVII—XVIII веках. С открытием электромагнитных явлений и той революции в технологиях, которые они произвели, интерес к электростатике на некоторое время был утерян. Однако современные научные исследования показывают огромное значение электростатики для понимания многих процессов живой и неживой природы.

Электростатика и жизнь

Как электростатика вызывает молнии

В каждый момент времени в разных точках Земли сверкает около 2000 молний, в каждую секунду примерно 50 молний ударяют в Землю, каждый квадратный километр поверхности Земли поражается молнией в среднем шесть раз в году. Еще в XVIII веке Бенджамин Франклин доказал, что молнии, бьющие из грозовых облаков, это электрические разряды, переносящие на Землю отрицательный заряд. При этом каждый из разрядов снабжает Землю несколькими десятками кулонов электричества, а амплитуда тока при ударе молнии составляет от 20 до 100 килоампер. Скоростная фотосъемка показала, что разряд молнии длится лишь десятые доли секунды и что каждая молния состоит из нескольких более коротких.

С помощью измерительных приборов, установленных на атмосферных зондах, в начале XX века было измерено электрическое поле Земли, напряженность которого у поверхности оказалась равной приблизительно 100 В/м, что соответствует суммарному заряду планеты около 400 000 Кл. Переносчиком зарядов в атмосфере Земли служат ионы, концентрация которых увеличивается с высотой и достигает максимума на высоте 50 км, где под действием космического излучения образовался электропроводящий слой — ионосфера. Поэтому можно сказать, что электрическое поле Земли — это поле сферического конденсатора с приложенным напряжением около 400 кВ. Под действием этого напряжения из верхних слоев в нижние все время течет ток силой 2–4 кА, плотность которого составляет (1–2)·10 –12 А/м 2 , и выделяется энергия до 1,5 ГВт. И если бы не было молний, это электрическое поле исчезло бы! Получается, что в хорошую погоду электрический конденсатор Земли разряжается, а при грозе — заряжается.

Грозовое облако — это огромное количество пара, часть которого сконденсировалось в виде мельчайших капелек или льдинок. Верх грозового облака может находиться на высоте 6–7 км, а низ — нависать над землей на высоте 0,5–1 км. Выше 3–4 км облака состоят из льдинок разных размеров, так как температура там всегда ниже нуля. Эти льдинки находятся в постоянном движении, вызванном восходящими потоками теплого воздуха, поднимающегося снизу от нагретой поверхности земли. Мелкие льдинки легче, чем крупные, и они увлекаются восходящими потоками воздуха и по дороге все время сталкиваются с крупными. При каждом таком столкновении происходит электризация, при которой крупные льдинки заряжаются отрицательно, а мелкие — положительно. Со временем положительно заряженные мелкие льдинки собираются преимущественно в верхней части облака, а отрицательно заряженные крупные — внизу (рис. 2). Другими словами, верхушка облака заряжается положительно, а низ — отрицательно. При этом на земле непосредственно под грозовым облаком наводятся положительные заряды. Теперь все готово для разряда молнии, при котором происходит пробой воздуха и отрицательный заряд с нижней части грозовой тучи перетекает на Землю.

Характерно, что перед грозой напряженность электрического поля Земли может достигать 100 кВ/м, т. е. в 1000 раз превышать ее значение в хорошую погоду. В результате во столько же раз увеличивается положительный заряд каждого волоска на голове человека, стоящего под грозовой тучей, и они, отталкиваясь друг от друга, встают дыбом (рис. 3).

Фульгурит — след молнии на земле

Как электростатика защищает от молний

В 1750 году Франклин изобрел громоотвод (молниеотвод). Пытаясь защитить здание Капитолия столицы штата Мэриленд от удара молнии, он прикрепил к зданию толстый железный стержень, возвышающийся над куполом на несколько метров и соединенный с землей. Ученый отказался патентовать свое изобретение, желая, чтобы оно как можно скорее начало служить людям. Механизм действия громоотвода легко объяснить, если вспомнить, что напряженность электрического поля вблизи поверхности заряженного проводника увеличивается с ростом кривизны этой поверхности. Поэтому под грозовым облаком вблизи острия громоотвода напряженность поля будет так высока, что вызовет ионизацию окружающего воздуха и коронный разряд в нем. В результате вероятность попадания молнии в громоотвод значительно возрастет. Так знание электростатики не только позволило объяснить происхождение молний, но и найти способ защититься от них.

Весть о громоотводе Франклина быстро разнеслась по Европе, и его выбрали во все академии, включая и Российскую. Однако в некоторых странах набожное население встретило это изобретение с возмущением. Сама мысль, что человек так легко и просто может укротить главное оружие божьего гнева, казалась кощунственной. Поэтому в разных местах люди из благочестивых соображений ломали громоотводы.

Любопытный случай произошел в 1780 году в одном небольшом городке на севере Франции, где горожане потребовали снести железную мачту громоотвода и дело дошло до судебного разбирательства. Молодой адвокат, защищавший громоотвод от нападок мракобесов, построил защиту на том, что и разум человека, и его способность покорять силы природы имеют божественное происхождение. Все, что помогает спасти жизнь, во благо — доказывал молодой адвокат. Он выиграл процесс и снискал большую известность. Адвоката звали. Максимилиан Робеспьер.

Ну, а сейчас портрет изобретателя громоотвода — самая желанная репродукция в мире, ведь она украшает известную всем стодолларовую купюру.

Электростатика, возвращающая жизнь

Энергия разряда конденсатора не только привела к возникновению жизни на Земле, но и может вернуть жизнь людям, у которых клетки сердца перестали синхронно сокращаться. Асинхронное (хаотичное) сокращение клеток сердца называют фибрилляцией. Фибрилляцию сердца можно прекратить, если пропустить через все его клетки короткий импульс тока. Для этого к грудной клетке пациента прикладывают два электрода, через которые пропускают импульс длительностью около десяти миллисекунд и амплитудой до нескольких десятков ампер. При этом энергия разряда через грудную клетку может достигать 400 Дж (что равно потенциальной энергия пудовой гири, поднятой на высоту 2,5 м). Устройство, обеспечивающее электрический разряд, прекращающий фибрилляцию сердца, называют дефибриллятором. Простейший дефибриллятор представляет собой колебательный контур, состоящий из конденсатора емкостью 20 мкФ и катушки индуктивностью 0,4 Гн. Зарядив конденсатор до напряжения 1–6 кВ и разрядив его через катушку и пациента, сопротивление которого составляет около 50 Ом, можно получить импульс тока, необходимый для возвращения пациента к жизни.

Электростатика, дающая свет

Люминесцентная лампа может служить удобным индикатором напряженности электрического поля. Чтобы убедиться в этом, находясь в темном помещении, потрем лампу полотенцем или шарфом — в результате внешняя поверхность лампового стекла зарядится положительно, а ткань — отрицательно. Как только это произойдет, мы увидим всполохи света, возникающие в тех местах лампы, к которым мы прикасаемся заряженной тканью. Измерения показали, что напряженность электрического поля внутри работающей люминесцентной лампы составляет около 10 В/м. При такой напряженности свободные электроны обладают необходимой энергией для ионизации атомов ртути внутри люминесцентной лампы.

Электрическое поле под высоковольтными линиями электропередач — ЛЭП — может достигать очень высоких значений. Поэтому если в темное время суток люминесцентную лампу воткнуть в землю под ЛЭП, то она загорится, и довольно ярко (рис. 5). Так с помощью энергии электростатического поля можно освещать пространство под ЛЭП.

Как электростатика предупреждает о пожаре и делает дым чище

В большинстве случаев при выборе типа детектора пожарной сигнализации предпочтение отдается дымовому датчику, так как пожар обычно сопровождается выделением большого количества дыма и именно этот тип детектора способен предупредить людей в здании об опасности. Дымовые датчики используют ионизацию или фотоэлектрический принцип для обнаружения дыма в воздухе.

В ионизационных детекторах дыма имеется источник α-излучения (как правило, америций-241), ионизирующий воздух между металлическими пластинами-электродами, электрическое сопротивление между которыми постоянно измеряется с помощью специальной схемы. Образующиеся в результате α-излучения ионы обеспечивают проводимость между электродами, а оказывающиеся там микрочастицы дыма связываются с ионами, нейтрализуют их заряд и увеличивают таким образом сопротивление между электродами, на что реагирует электрическая схема, подавая сигнал тревоги. Датчики, устроенные на этом принципе, демонстрируют весьма впечатляющую чувствительность, реагируя еще до того, как самый первый признак дыма обнаруживается живым существом. Следует отметить, что используемый в датчике источник радиации никакой опасности для человека не представляет, так как альфа-лучи не могут пройти даже через лист бумаги и полностью поглощаются слоем воздуха толщиной в несколько сантиметров.

Способность частичек пыли к электризации широко используется в промышленных электростатических пылеуловителях. Газ, содержащий, например, частицы сажи, поднимаясь вверх, проходит через отрицательно заряженную металлическую сетку, в результате чего эти частицы приобретают отрицательный заряд. Продолжая подниматься вверх, частицы оказываются в электрическом поле положительно заряженных пластин, к которым они притягиваются, после чего частицы падают в специальные емкости, откуда их периодически удаляют.

Биоэлектростатика

Одной из причин астмы являются продукты жизнедеятельности пылевых клещей (рис. 6) — насекомых размером около 0,5 мм, живущих в нашем доме. Исследования показали, что приступы астмы вызываются одним из белков, который выделяют эти насекомые. Структура этого белка напоминает подкову, оба конца которой заряжены положительно. Электростатические силы отталкивания между концами такого подковообразного белка делают его структуру стабильной. Однако свойства белка можно изменить, если нейтрализовать его положительные заряды. Это удается сделать, увеличив концентрацию отрицательных ионов в воздухе с помощью любого ионизатора, например люстры Чижевского (рис. 7). Одновременно с этим уменьшается и частота приступов астмы.

Что такое антистатики?

Одежда, ковры, покрывала и т. п. предметы заряжаются после контакта с другими предметами, а иногда и просто со струями воздуха. В быту и на производстве заряды, возникающие таким образом, часто называют статическим электричеством.

При нормальных атмосферных условиях натуральные волокна (из хлопка, шерсти, шелка и вискозы) хорошо впитывают влагу (гидрофильны) и поэтому слегка проводят электричество. Когда такие волокна касаются других материалов или трутся о них, на их поверхностях появляются избыточные электрические заряды, но на очень короткое время, поскольку заряды сразу же стекают обратно по влажным волокнам ткани, содержащим различные ионы.

В отличие от натуральных, синтетические волокна (полиэфирные, акриловые, полипропиленовые) плохо впитывают влагу (гидрофобны), и на их поверхностях имеется меньшее количество подвижных ионов. При контакте синтетических материалов друг с другом они заряжаются противоположным зарядами, но так как эти заряды стекают очень медленно, материалы прилипают друг к другу, создавая неудобства и неприятные ощущения. Кстати, волосы по структуре очень близки к синтетическим волокнам и тоже гидрофобны, поэтому при контакте, например, с расческой они заряжаются электричеством и начинают отталкиваться друг от друга.

Чтобы избавиться от статического электричества, поверхность одежды или другого предмета можно смазать веществом, которое удерживает влагу и этим увеличивает концентрацию подвижных ионов на поверхности. После такой обработки возникший электрический заряд быстро исчезнет с поверхности предмета или распределится по ней. Гидрофильность поверхности можно увеличить, смазав ее поверхностно-активными веществами, молекулы которых похожи на мыльные молекулы — одна часть очень длинной молекулы заряжена, а другая нет. Вещества, препятствующие появлению статического электричества, называют антистатиками. Антистатиком является, например, и обычная угольная пыль или сажа, поэтому, чтобы избавиться от статического электричества, в состав пропитки ковролиновых покрытий и обивочных материалов включают так называемую ламповую сажу. Для этих же целей в такие материалы добавляют до 3% натуральных волокон, а иногда и тонкие металлические нити.

da_nik 14.07.2010 21:38 Ответить

400 кВ между облаком и землей? Может, все же 400 МВ (МегаВольт)
см., например, Райзер Ю.П., Базелян Э.М. Механизм притяжения молнии и проблема лазерного управления молнией // Успехи физических наук. 2000. т.170, № 7, стр. 753-769

net_nik da_nik 15.07.2010 08:32 Ответить

Автор пишет, что 400 кВ - это напряжение между землёй и ионосферой, и далее - ". перед грозой напряженность электрического поля Земли может в 1000 раз превышать ее значение в хорошую погоду". Т.е. всё сходится - между ОБЛАКОМ и землёй 400 МВ. Противоречий я не вижу.

kavageor net_nik 21.08.2010 17:41 Ответить

Если у поверхности Земли напряженность электрического поля составляет 100 В/м, то почему не загорается даже 12 В лампочка, подсоединенная к двум проводам, концы которых раздвинуты по высоте на 1 м.

zaikin 15.07.2010 14:06 Ответить

Согласно данным Мучника В.М. "Физика грозы" 1974:
- средняя напряженность электрического поля внутри грозовой тучи, инициирующая разряд молнии, составляет 300 - 350 кВ/м.
Причем направленность этой напряженности в процессе пролета тучи исследовательскими аппаратами изменяется: может быть вверх, вниз, гризонтально во всех направлениях. Из чего можно сделать вывод, что туча представляет собой скопление произвольно расположенных разнополярных участков.
- в соответствии с напряженностью около 130 В/м в Землю непрерывно течет электрический ток 2,7 10^-12 А/кв м. В любой точке планеты, в любое время года и дня, в любую погоду. И, что самое интересное, в том числе над грозовой тучей.
Это опровергает тезис автора о том, что разряд молнии, якобы, заряжает верхние слои атмосферы Земли. Молнии отсутствуют между облаками и ионосферой.
Во-первых, тучами (мах до 15 км) и ионосферой более 40 км пространства. Ионосфера простирается до внешней оболочки магнитосферы - более 80 000 км.
Во-вторых, между тучей и ионосферой отсутствуют носители зарядов, движущиеся вверх.
В-третьих, направленность наряженности электрического поля над тучами такая же как у поверхности земли. Напряжение между Землей и ионосферой исчисляется миллионами Вольт.

Автор правильно указывает, что без подзарядки Земля бы быстро разрядилась. Рассчеты показывают - примерно за 8,5 минут. Но этого в реальности не происходит. Ток в Землю течет миллионы лет.
Объяснение К.Ю. Богданова неверно.

Grey3 zaikin 11.08.2010 11:31 Ответить

Неверны как раз утверждения Заикина. "Молнии отсутствуют между облаками и ионосферой" - старое заблуждение, ныне опровергнутое!

Грозовые облака напоминают *незаземлённые* генераторы Ван-де-Граафа, опускающие вместе с каплями электроны вниз. С "подошвы" облака бьют в землю обычные молнии, подзаряжающие её (Землю) отрицательно. А вот с вершины грозы, где заряд положителен - нехватка электронов, бьют вверх в стратосферу недавно замеченные красные спрайты, эльфы, голубые джеты - всё это разряды, собирающие электроны из стратосферы и ионосферы к вершине грозы, то есть заряжающие ионосферу положительно. Так и происходит подзарядка атмосферы.

К сожалению, это всё старые статьи, последних результатов не видно. Если кто-нибудь их знает, пусть напишет ссылки!
P.S. Как здесь в комментах линки оформлять? Мне пришлось просто текстом ссылки писать, вместо линков.

maa 22.07.2010 03:55 Ответить

net_nik maa 22.07.2010 07:55 Ответить

Grey3 maa 11.08.2010 11:48 Ответить

poiskspider Grey3 15.08.2010 17:46 Ответить

Все новинки кинопроката только здесь.Причем все это добро абсолютно бесплатно и без никаких регистраций.

maa Grey3 16.10.2010 09:19 Ответить

jekk02 maa 13.12.2011 17:35 Ответить

VladimirVlasov 11.07.2012 20:18 Ответить

Электричество в воздухе, в облаках появляется от потоков электронов из космоса. Содержание атмосферной воды в облаках повышает восприимчивость, впитывание электронов! Облака становятся конденсаторами электронов! Температура, давление и влажность (паросодержание) вот причина гроз и молний! Облака получаются заряженными по разному, появляется разность потенциалов между ними или землёй! Восхищает великолепная продуманность этих физических процессов!

ЭЛЕКТРОСТАТИКА
Теория и формулы (кратко и сжато)

Электростатика – раздел электродинамики, изучающий покоящиеся электрически заряженные тела. Существует два вида электрических зарядов: положительные (стекло о шелк) и отрицательные (эбонит о шерсть).

Элементарный заряд – минимальный заряд (е = 1,6∙10 -19 Кл)

Заряд любого тела кратен целому числу элементарных зарядов: q = N∙е

Электризация тел – перераспределение заряда между телами. Способы электризации: трение, касание, влияние.

Закон сохранения электрического заряда – в замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остается неизменной. q_{1 +} q ₂ + q ₃ + …..+ q_n = const

Пробный заряд – точечный положительный заряд.

Закон Кулона

Закон Кулона (установлен опытным путем в 1785 году) Сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними.

Электрическое поле

Электрическое поле – вид материи, осуществляющий взаимодействие между электрическими зарядами, возникает вокруг зарядов, действует только на заряды

Силовые линии напряженности электрического поля – непрерывные линии, касательные к которым в каждой точке, через которые они проходят, совпадают с вектором напряженности.

Свойства силовых линий:

• не замкнуты;
• не пересекаются;
• непрерывны;
• направление совпадает с направлением вектора напряжённости;
• начало на + q или в бесконечности, конец на – q или в бесконечности;
• гуще вблизи зарядов (где больше напряжённость).
• перпендикулярны поверхности проводника

Разность потенциалов или напряжение (Δφ или U) — это разность потенциалов в начальной и конечной точках траектории заряда Δφ = φ₁ – φ₂

Чем меньше меняется потенциал на отрезке пути, тем меньше напряженность поля.
Напряженность электрического поля направлена в сторону уменьшения потенциала.

Электроемкость

Электроемкость С — характеризует способность проводника накапливать электрический заряд на своей поверхности.

• — не зависит от электрического заряда и напряжения.
• — зависит от геометрических размеров проводников, их формы, взаимного расположения, электрических свойств среды между проводниками.

Проводники и диэлектрики

Конденсаторы

Конденсатор — электротехническое устройство, служащее для быстрого накопления электрического заряда и быстрой отдачи его в цепь (два проводника, разделенных слоем диэлектрика ).

Оборудование: электроскоп, электрометры, султаны электрические на изолирующей подставке, стеклянная и эбонитовая палочки, кусок меха и щелка.

Изучение нового материала

Подготовка к работе

Изучение нового материала

Сведение воедино полученной информации

Применение полученных знаний

Осознание полученных знаний

Р. Миллекена (по желанию)

§84-85( для всех), составить проверочный тест по теме.

Изучая законы Ньютона, вы убедились, что структура Вселенной формируется гравитационным взаимодействиям. Каков характер этого взаимодействия? Чем должно обладать тело, участвующее в гравитационных взаимодействиях

Что бы могло произойти

если бы в природе существовало только гравитационное притяжение?

Однако этого не происходит, как вы думаете почему?

Таким образом, чем предстоит нам заняться на сегодняшнем уроке

Демонстрация: Берем эбонитовую палочку и подносим ее к султанчику. Изменений не происходит. (Оба этих тела обладают массой, но мы не наблюдаем их взаимодействия) Если потереть палочку о шерсть наблюдаем притяжение. Следовательно эти тела приобрели новые свойства. Что произошло?

Электростатика – раздел электродинамики, изучающий взаимодействие неподвижных (статических) зарядов.

Чтобы мы хотели узнать о новом явлении?

Предлагает осуществить исследования и сделать выводы.

Чтобы количественно описать происходящие явления, нужно ввести физическую величину, характеризующую эти процессы. Что это за величина?

Как бы вы дали определение заряда?

Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия.

Демонстрация взаимодействия двух одноименных и разноименных зарядов

Чтобы сформулировать свойства заряда, давайте обратимся к учебнику (стр 156)

Электрический заряд в отличии от массы не является знакоопределенной величиной.

Электрический заряд – величина инвариантная.

Электрический заряд – величина аддитивная qсист= q1 + q2+…+ qn

Электрический заряд дискретен q = ne

(демонстрация) существование элементарного заряда 1,6.10-19Кл

Закон сохранения заряда.

В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной

Выдвигают гипотезы: вселенная сжалась бы, подобно черной дыре

Существуют взаимодействия другой природы

Формулируют цель урока

Составляют план дальнейшей работы

Электризуются ли при трении оба тела?

Зависит ли взаимодействие наэлектризованных тел от расстояния?

Зависит ли электризация от внешних факторов?( например от влажности)?

Какие способы электризации существуют?

Какой физической величиной определяется?

Предлагают варианты определения заряда

Каковы свойства заряда?

Каков механизм электризации?

Читают учебник и формулируют свойства заряда

Наблюдают, делают выводы

Выяснили, какой вид взаимодействий существует, кроме гравитационных и чем должны обладать тела, чтобы участвовать в этих взаимодействиях

Осмысливают и углубляют знания.

Научились составлять план изучения физического явления.

Научились ставить эксперименты по электризации

Сформулировали определение заряда, как главного участника электростатических взаимодействий

Сформулировали свойства заряда, существование которых доказывается демонстрационным экспериментом

Закрепили полученные знания

посредством решения задач

оценили уровень своих знаний

Материал к уроку.

История развития электричества начинается в Древней Греции. В красивом городе Милете жил философ Фалес. И, вот, однажды вечером к нему подходит его любимая дочь.

-Объясни, почему у меня путаются нити, когда я работаю с янтарным веретеном, к пряже прилипают пыль, соломинки? Это очень неудобно.

Фалес начал искать ответ на этот вопрос. Таким образом, сформировался новый раздел физики – электростатика.

С электростатическими явлениями мы достаточно часто встречаемся, более того на электризации основаны многие технологические процессы.

Приведите примеры таких процессов.

На птицефабриках с целью уменьшения запыленности воздуха устанавливают электрофильтры. Частицы пыли осаждаются на пластинчатые электроды, которые по мере накопления на них пыли, освобождаются от нее. Ионизация воздуха увеличивает яйценоскость кур, лучше развивается молодняк.

Трубы газовых котельных снабжают также электрофильтрами, уменьшающими выброс в атмосферу продуктов сгорания.

Частицы дыма не только придают продуктам особый вкус, но и предохраняют их от порчи. При электрокопчении частицы коптильного дыма заряжают положительно, а к отрицательным электродам подсоединяют, например, тушки рыбы. Заряженные частицы дыма оседают на поверхности тушки и частично поглощаются. Весь процесс электрокопчения продолжается несколько минут.

Движущиеся на конвейере, окрашиваемые детали, например, корпус автомобиля, заряжают положительно, а частицам краски придают отрицательный заряд и они устремляются к положительно заряженной детали. Слой краски на ней получается тонкий, равномерный и плотный.

Действительно, одноименно заряженные частицы красителя отталкиваются друг от друга – отсюда равномерность окрашиваемого слоя.

На хлебозаводе теперь не приходится совершать большую механическую работу, чтобы замесить тесто. Заряженные положительно крупинки муки воздушным потоком подаются в камеру, где они встречаются с отрицательно заряженными капельками воды, содержащими дрожжи. Крупинки муки и капельки воды, притягиваясь, друг к другу, очень быстро образуют однородное тесто, что также повышает производительность труда и выход хлебобулочной продукции.

Мелкие частички шерсти и хлопка продувают через заряженную металлическую сетку. Двигаясь к тканевой основе, обработанной клеем и заряженной противоположно, равномерно распределяются по ней и после просушки создают ворс. Аналогично можно наносить на любую поверхность волокна звукоизолирующих и теплоизолирующих веществ, делать толь, рубероид, линолеум, шифер, наждачную бумагу.

Но не всегда электризация тел приносит пользу.

В типографских машинах электризация бумаги вызывает ее свертывание и брак при печати. При этом могут возникнуть искры, которые вызывают пожар.

Водители бензовозов страдают от электризации ежесекундно: во время накачивания горючего в автоцистерну образуются электрические заряды; во время перевозки горючее взаимодействует с поверхностью автоцистерны – заряды продолжают накапливаться. Переливая бензин по трубам, например в баки самолета, они подвергают себя опасности взрыва.

В текстильной промышленности нити прилипают к гребням чесальных машин, при этом путаются и часто рвутся. В процессе обработки отдельных тканей ворс на них может подвергаться стрижке. Лезвия ножей работают с большой скоростью, и при этом ткань и ножи сильно электризуются. Также, если ссыпать сахарный песок, муку, порох, порошкообразные химические реактивы – возникают заряды.

На предприятиях резиновой промышленности при вальцовке каучук пропускают между двумя вращающимися валами. Если поднести руку к такому каучуку, то появится искра. Недалеко и до пожара. Такой же эффект можно получить на клеепромазочной машине, которая смазывает резиновым клеем тканевые материалы.

Однако от электризации существует очень эффективная защита – заземление.

1.Руководство к эксперименту

Различные способы электризации тел.

1. Потрите эбонитовую палочку о шерсть и поднесите ее к электрометру.

Ответьте на вопрос: фиксирует ли электрометр изменения?

2.Снимите заряд с электрометра, коснувшись его рукой.

3. Ударьте стеклянной палочкой по резине и понесите ее к электрометру.

Ответьте на вопрос: фиксирует ли электрометр изменения?

Сделайте общий вывод .

Рассмотрим более подробно электризацию трением.

2. Руководство к эксперименту

Заряжаются ли в процессе электризации оба тела?

1. Потрите эбонитовую палочку о шерсть и поднесите ее к электрометру.

Ответьте на вопрос: фиксирует ли электрометр изменения?

2.Снимите заряд с электрометра, коснувшись его рукой.

3. Поднесите к электрометру шерсть.

Ответьте на вопрос: фиксирует ли электрометр изменения?

Сделайте общий вывод.

3.Руководство к эксперименту

Какие заряды получают тела при электризации трением?

1.Потрите эбонитовую палочку о шерсть и поднесите ее к электрометру.

2. Поднесите к электрометру шерсть.

Ответьте на вопрос: Какой заряд показывает электрометр? Почему?

Сделайте общий вывод.

4. Руководство к эксперименту

Как взаимодействуют заряженные тела?

Оборудование: бумажные и полиэтиленовые полоски.

1. Положите на бумажную полоску полиэтиленовую пленку и потрите полоски рукой. Разведите полоски, а затем приблизьте их друг к другу.

Ответьте на вопрос: как взаимодействуют разноименно заряженные тела?

2.Проделайте то же и с другой парой и приблизьте друг к другу полиэтиленовые полоски.

Ответьте на вопрос: как взаимодействуют одноименно заряженные тела?

Сделайте общий вывод.

5. Руководство к эксперименту

Как зависит электромагнитное взаимодействие от расстояния.

1.Наэлектризуйте эбонитовую палочку, потерев ее о шерсть.

2. Поднесите палочку близко к мелко нарезанным листочкам бумаги.

Ответьте на вопрос: что происходит с листочками?

3.Снимите заряд с палочки и вновь ее наэлектризуйте.

4. Поднесите палочку к мелко нарезанным листочкам бумаги на некотором расстоянии.

Ответьте на вопрос: как зависит сила взаимодействия от расстояния между взаимодействующими телами?

Сделайте общий вывод.

Заключительное слово учителя: На сегодняшнем занятии мы лишь соприкоснулись с одной из областей физики микромира, но, думаю, это соприкосновение сделает вас более “зрячими”, ибо вы научились извлекать информацию из несложных экспериментов. Теперь вы можете оценить силу человеческого ума, его изобретательность и гениальную простоту найденных решений, в основе которых лежит самоотверженный труд многих поколений учёных.

Электризация эбонита и шерсти при трении их друг о друга объясняется так:

1. Атомы эбонита слабее удерживают входящие в их состав электроны, чем атомы шерсти и поэтому электроны переходят .
а) с эбонита на шерсть;
б) с шерсти на эбонит.

2. В результате электризации на эбоните образуется ……. электронов, а на шерсти -.

а) …. избыток, …. недостаток,
б) …… недостаток, …….. избыток.

3. При электризации трением на взаимодействующих телах появляются заряды . по абсолютному значению и . по знаку.

а) …. равные, …. одинаковые;
б) . разные, . одинаковые;
в) . равные, . противоположные;
г) . разные, . противоположные.

Если к легкому шарику, подвешенному на нити, поднести положительно заряженную палочку, не касаясь шарика, то:
4. На ближайшей к палочке стороне образуется …. электронов, и эта сторона зарядится .

а) …. избыток, …. положительно;
б) …. избыток, . отрицательно;
в) …. недостаток, ……положительно;
г) …. недостаток, …… отрицательно.

5. На противоположной стороне шарика образуется …….. электронов, и она зарядится .

а) …. избыток, . положительно;
б) …… избыток, . отрицательно;
в) . недостаток, . положительно,
г) . недостаток, . отрицательно.

6. Так как на палочке и на той стороне шарика, которая ближе к палочке, будут ……. заряды, то шарик …….

а).. …….одноименные, …. .. притянется к палочке;
б)……. .одноименные, …… оттолкнется от палочки;
в) . разноименные, . притянется к палочке,
г) ……. разноименные, …..оттолкнется от палочки.

7. Стекло при трении о шелк заряжается . а шелк .

а) …..положительно, …….отрицательно,
б) …. отрицательно, . положительно.

8. Если наэлектризованное тело отталкивается от эбонитовой палочки, натертой о мех, то оно заряжено .

а) положительно;
б) отрицательно.

9. Три пары шариков подвешены на нитях (см. рис. 1). Какая пара шари-ков не заряжена?

а) первая,
б) вторая;
в) третья.

10. Какая пара шариков имеет одноименные заряды (рис. 1)?

а) первая,
б) вторая;
в) третья.

11. Какая пара шариков имеет разноименные заряды (рис. 1)?

а) первая;
б) вторая,
в) третья.

12. Два электроскопа, один из которых заряжен, соединили стержнем (см. рис. 2). Из какого материала изготовлен стержень?

Статическое электричество в природе и технике

Статическое электричество в природе. Интересные факты

1. Впервые электризация жидкости при дроблении была замечена у водопадов Швейцарии в 1 786 г. С 1913г. явление получило название баллоэлектрического эффекта. Эффект электризации наблюдается не только у водопадов на открытой местности, но и в пещерах.

Заряд воздуху у водопадов сообщают микроскопические капельки воды и молекулярные комплексы, которые при дроблении отрываются от водной поверхности и уносятся в окружающую среду.

Наиболее значительный эффект электризации воздуха наблюдается у самых больших водопадов мира - Игуассу на границе Бразилии и Аргентины (высота падения воды - 190 м, ширина потока - 1 500 м) и Виктория на реке Замбези в Африке (высота падения воды - 133 м, ширина потока -1600 м). У водопада Виктория за счет дробления воды возникает электрическое поле напряженностью 25 кВ/м.

При дроблении пресной воды в воздух переходит отрицательный заряд. Поэтому в воздухе у водопадов количество отрицательных ионов превышает количество положительных.

У небольшого водопада Учан-Су в Крыму отношение отрицательных ионов к количеству положительных равно 6,2.

2. У берегов морей воздух приобретает положительный заряд, вследствие разбрызгивания соленой воды. На поверхности морей и океанов разбрызгивание воды начинается при скорости ветра более 10м/с, когда на волнах появляются гребешки пены. Отношение положительных зарядов к отрицательным зарядам в воздухе над Черным и Азовским морями достигает при бурном море 2,04, при зыби- 1,48.

3. Покоритель Джомолунгмы Н. Тенсинг в 1953 г. в районе южного седла этой горной вершины на высоте 7,9 км над уровнем моря при -30 °С и сухом ветре до 25 м/с наблюдал сильную электризацию обледеневших брезентовых палаток, вставленных одна в другую. Пространство между палатками было наполнено многочисленными электрическими искрами.

4. Движение лавин в горах в безлунные ночи иногда сопровождается зеленовато-желтым свечением, благодаря чему лавины становятся видимыми. Обычно световые явления наблюдаются у лавин, движущихся по снежной поверхности, и не наблюдаются у лавин, проносящихся по скалам. На озерах Антарктики во время полярной ночи иногда возникает свечение при разламывании крупных масс озерного льда.

5. Молния выбирает самый короткий путь к земле, поэтому попадает в здания или в деревья. Высокие здания оборудуют металлическими полосами (прутьями), по которым электрический разряд уходит в землю. Это громоотвод. Грозовой разряд идет на землю и обратно по одному и тому же пути.

Это происходит с такой скоростью, что наш глаз видит только одну вспышку. На своем пути молния раскаляет воздух, который, быстро расширяясь, создает звуковую волну. Это вызывает громовые раскаты. Мы слышим их после того, как увидим молнию, так как звук распространяется значительно медленнее, чем свет.

Статическое электричество в технике. Когда электризация тел полезна

Статическое электричество может быть верным помощником человека, если изучить его закономерности и правильно их использовать. В технике применяют метод, сущность которого заключается в следующем.

В зависимости от назначения аппаратуры можно с помощью электрических полей по-разному управлять движением частиц в соответствии с необходимым технологическим процессом. Эта технология уже пробила себе дорогу в различные отрасли народного хозяйства.

Маляр без кисточки

Движущиеся на конвейере окрашиваемые детали, например корпус автомобиля, заряжают положительно, а частицам краски придают отрицательный заряд, и они устремляются к положительно заряженной детали. Слой краски на ней получается тонкий, равномерный и плотный.

Действительно одноименно заряженные частицы красителя отталкиваются друг от друга — отсюда равномерность окрашивающего слоя. Частицы, разогнанные электрическим полем, с силой ударяются об изделие — отсюда плотность окраски.

Расход краски снижается, так как она осаждается только на детали. Метод окраски изделий в электрическом поле сейчас широко применяют в нашей стране.

Электрические копчености

Копчение — это пропитывание продукта древесным дымом. Частицы дыма не только придают продуктам вкус, но и предохраняют их от порчи.

При электрокопчении частицы коптильного дыма заряжают положительно, а отрицательным электродом служит, например, тушка рыбы. Заряженные частички дыма оседают на поверхности тушки и частично поглощаются ею. Все электрокопчение продолжается несколько минут. Прежде копчение считалось длительным процессом.

Электрический ворс

Чтобы получить в электрическом поле слой ворса на каком-либо материале, надо материал заземлить, поверхность покрыть клеящим веществом, а затем через заряженную металлическую сетку, расположенную над этой поверхностью, пропустить порцию ворса. Ворсинки быстро ориентируются в поле и, распределяясь равномерно, оседают на клей строго перпендикулярно поверхности.

Так получают покрытия, похожие на замшу или бархат. Легко получить разноцветный узор, заготовив порции разного по цвету ворса и несколько шаблонов, которыми в процессе электроворсования прикрывают поочередно отдельные участки изделия. Так можно сделать многоцветные ковры.

Как ловят пыль

Чистый воздух нужен не только людям и особо точным производствам. Все машины из-за пыли преждевременно изнашиваются, а каналы их воздушного охлаждения засоряются. Кроме того, часто пыль, улетающая с отходящими газами, представляет собой ценное сырье. Очистка промышленных газов стала необходимостью. Практика показала, что с этим хорошо справляется электрическое поле.

Под воздействием поля эти частицы движутся к трубе и осаждаются на ней, а очищенный газ направляется к выходу Д. Трубу время от времени встряхивают, и уловленные частицы поступают в бункер Г. Электрические фильтры на крупных тепловых электростанциях улавливают 99% золы, содержащейся в выходных газах.

Смешение веществ

Если мелкие частицы одного вещества зарядить положительно, а другого — отрицательно, то легко получить их смесь, где частицы распределены равномерно. Например, на хлебозаводе теперь не приходится совершать большую механическую работу, чтобы замесить тесто.

Заряженные положительно крупинки муки воздушным потоком подаются в камеру, где они встречаются с отрицательно заряженными капельками воды, содержащей дрожжи. Крупинки муки и капельки воды, притягиваясь друг к другу, образуют однородное тесто.

Можно привести много других примеров полезного применения статической электризации. Основанная на этом явлении технология удобна: потоком заряженных частиц можно управлять, изменяя электрическое поле, а весь процесс легко автоматизировать.

Читайте также:

  
• Источники права конспект и презентация
  
• Конспект занятия по лепке на тему посуда в 1 младшей группе
  
• Система посадок для гладких элементов деталей конспект
  
• Краткий конспект на тему материаловедение
  
• Финансовая грамотность залог благосостояния конспект