Статическое электричество

IV городские научные чтения им. И.В. Курчатова

Статическое электричество

Работу выполнил: Завьялов Михаил                                                                                                        ученик 4 «А» класса МОУ «СОШ № 21»                                                                                

Научный руководитель: Мустафина Евгения Александровна                       учитель МОУ «СОШ № 21»

Озерск

Содержание

Введение…………………………………………………………………… 3

1.Теоретическая часть…………………………………………………… 5

2. Практическая часть. Опыты со статическим электричеством…. 7

3. Роль статического электричества в окружающей среде

3.1. Когда электризация тел вредна……………………………………….. 13

3.2. Когда электризация тел полезна............................................................ 14

Заключение………………………………………………………………… 16

Литература…………………………………………………………………. 17

                                                                                   И в шуме наклонного ливня,

                                                                           Сомкнувшего землю и высь,

                                                                           Извилина вспыхнула длинно,

                                                                            Как будто гигантская мысль.

                                                                                                                          А.Просолов

Введение

   В окружающем нас мире много интересного. Я заметил, например, что когда гладишь кошку, то шерсть кошки поднимается за рукой, и раздаются  какие-то  щелчки. Когда я дотрагиваюсь до автомобиля, то происходит какое-то непонятное явление – машина иногда  щёлкается - «дерётся». Или когда долго расчесываешь сухие волосы, они поднимаются вверх за расческой. Задавая вопрос папе, почему это происходит, слышал ответ: предметы электризуются - это электричество.

   Актуальность выбранной темы связана с желанием объяснить непонятные для меня  явления.

   Чтобы найти ответы на эти вопросы, я решил собрать теоретический материал по интересующей меня проблеме и изучить его. Для этого я отправился в школьную и городскую библиотеки, обратился к материалам  сайтов интернета. Из  книги «Большая книга экспериментов для школьников» я узнал, что существует  статическое электричество.

Предмет исследования – статическое электричество как физическое  явление.

Объект исследования –  особенности статического  электричества.

Цель моей работы: выяснить происхождение  статического электричества и его значение   в окружающей среде.

Задачи:

1. собрать теоретический материал по теме: «Статическое электричество»;
2. провести опыты со статическим электричеством, объяснить их;
3. выяснить проявление статического электричества в окружающей среде, как с положительной, так и с отрицательной стороны.

Практическая значимость: полученные знания, опыт можно использовать для сообщений и докладов при изучении курса «Окружающий мир».

В работе  будут использоваться следующие термины: электричество, статический, протон, электрон.

Электричество –  совокупность явлений, в которых обнаруживается существование, движение, взаимодействие заряженных частиц.

Статический –  (от греч. «неподвижный») находящийся в состоянии покоя в какой-либо определенный момент.

Протон – элементарная частица, имеющая положительный заряд и входящая в состав всех атомных ядер.

Электрон – элементарная частица, имеющая отрицательный электрический заряд.

1. Теоретическая часть

   Так что же знают люди об электричестве?

   Слово «электричество» происходит от слова «электрон», которым древние греки называли янтарь. Ещё в 600 году до н.э. греки заметили, что если потереть янтарь об овечью шкуру, то он начинает притягивать лёгкие предметы: перья, стружку, маленькие кусочки бумаги пробки и т.п.  С тех пор учёные пытались открыть тайны этой загадочной силы.

   Тысячелетиями люди наблюдали такие  грозные явления природы, как  ослепительная вспышка, огненный зигзаг молнии в небе, раскат грома и  не понимали их - поэтому и боялись. Правду говорят: «Гром не грянет – мужик не перекреститься». А какой  же гром без молнии? Сколько же миллионов раз должна была сверкнуть молния, чтобы мужик, перекрестившись, наконец-то задумался: а что же это такое?

   Между натёртыми кусочками янтаря, притягивающими предметы, и молнией, казалось бы, ничего общего. А ведь всё это – электрические явления. И чтобы доказать родственность столь непохожих явлений, потребовались опять-таки тысячелетия.

   Что ж, человек такой тугодум? Да нет, слишком «тонкой материей» оказалось электричество. Большого прогресса в изучении электричества не было достигнуто до 1672 года. В этом году человек по имени Отто фон Геррик построил первый генератор статического электричества. В 1729 году Стефан Грей обнаружил, что некоторые вещества, в частности  металлы, могут проводить ток. Такие вещества стали называться «проводниками».

   А в далёком XVIII веке проводилось довольно много экспериментов, связанных с защитой от молнии. Попытки изучить молнию были весьма рискованны и часто кончались трагически. Так, в 1753 г. во время опытов от удара молнии погиб русский физик Г.В.Рихман.

   Следующий важный шаг был сделан в 1733 году, когда француз по имени Шарль Дюфе открыл положительные и отрицательные электрические заряды, хотя он думал, что это были два разных вида электричества. Беджемин Франклин был первым, кто попытался объяснить, что такое электричество. Но, пожалуй, наука об электричестве начала бурно развиваться с того момента, как в 1800 году Алессандро Вольта изобрёл батарею. Это изобретение дало людям первый постоянный и надёжный источник энергии и повлекло за собой все важные открытия в этой области.

   «Русское солнце» взошло над миром благодаря трудам двух замечательных русских инженеров – Павла Николаевича Яблочкова и Александра Николаевича Лодыгина, создателей двух главных видов электрического освещения.

   Александр Степанович  Попов в 1895г. изобрёл первый в мире радиоприёмник.

   И лишь немногим более ста лет назад люди научились использовать электрические силы природы, заставили электричество служить себе. Но уж когда выяснилось, что в нём к чему, люди так крепко «запрягли» его, так приспособили, что всего за двести лет изменили с его помощью облик всей своей жизни.

   Электротехника, электроника, электроэнергия, электровоз, электросварка, электростанция, электромузыкальные инструменты… Ну, ни шагу без электричества.

   А не надо никуда шагать. Оно здесь, прямо на нас. Стоит стянуть с себя свитер, как… - в тишине раздаётся треск. Откуда взялись эти звуки? Если снимать шерстяную или синтетическую одежду в темноте, то можно заметить, как этот треск сопровождается искорками. Трещит и искрится наша одежда, но лишь тогда, когда мы, снимая её, заставляем тереться, скользить по телу.

   Чуть-чуть внимания и обнаружится, что стянутая кофта притягивается к оставшейся на нас рубашке. Что же их тянет друг к другу? Это статическое электричество.

2. Практическая часть. Опыты со статическим электричеством

Почему предметы электризуются? Проведём опыты.

ОПЫТ №1

 Надуем воздушный шарик и поднесём его к стене. Ничего особенного мы не увидели – шарик падает. Теперь хорошо потрём шарик шерстяной тканью (рис.1).  

  рис. 1          

Снова поднесём его к стене. Шарик пристает (рис.2).      

          рис.2

ОПЫТ №2.  

Надуем воздушный шарик и поднесём его, не касаясь, к мелко нарезанным кусочкам бумаги. Всё осталось без изменений. Но стоит потереть шарик о шерстяную ткань (рис. 1) и вновь поднести его к кусочкам бумаги, как бумага начнёт подниматься и прилипать к шарику (рис. 3).

   рис. 3

ОПЫТ №3.

Поднесём обычную шариковую ручку к кусочкам бумаги – ничего интересного мы не видим. Потрём ручку о волосы и поднесём её к кусочкам бумаги – бумага, как по волшебству, прилипнет к ручке.

Это потому…

…что при трении шарика  о  шерстяную  ткань, ручки о волосы, они электризуются  и  приобретают             способность  притягивать к себе  тела, как  магнит.

    Из книги «Большая книга экспериментов для школьников» я узнал, что все тела состоят из мельчайших частиц, называемых атомами. В свою очередь, атомы состоят из ещё более мелких частиц. Их называют протонами и электронами. Протоны имеют положительный заряд, обозначаемый знаком плюс (+), электроны – отрицательный заряд, обозначаемый знаком (-). Заряды с противоположными знаками притягиваются, заряды с одноимёнными знаками отталкиваются. Атомы содержат одинаковое количество протонов и электронов, поэтому положительные заряды уравновешиваются отрицательными. Протоны  находятся в неподвижном состоянии и представляют собой ядро атома. Электроны, напротив, постоянно вращаются вокруг ядра (рис. 4). Когда мы трём шарик о шерстяную ткань, отдельные электроны атомов шерсти отрываются и переходят на шарик. Шарик, получив избыток электронов, электризуются. Тело электризуется, если количество электронов в нем увеличивается или уменьшается. А когда количество заряда становится достаточно большим, происходит электрический разряд, проскакивает искра.

                                                         рис. 4

   Наэлектризованные тела либо притягиваются, либо отталкиваются.  Для этого проведём ещё один опыт, чтобы узнать, когда это происходит.

ОПЫТ №4.

Надуем два воздушных шарика и привяжем их к двум концам одной нити (рис.5).

  рис. 5

Потрём оба шарика шерстяной тканью. Возьмём за середину нити так, чтобы оба шарика повисли на одном уровне и увидим, что шарики отталкиваются друг от друга (рис. 6).

  рис. 6

Но только стоит между шариками вставить лист бумаги… - шарики сближаются (рис.7).

  рис.7

Это потому…

…что предметы, наэлектризованные одинаково, приобретают одинаковый заряд. А так как одноимённые заряды отталкиваются, то шарики, оба имеющие отрицательный заряд, удаляются друг от друга. Лист бумаги не наэлектризован, он имеет одинаковое количество отрицательных и положительных зарядов; его положительные заряды притягивают отрицательные заряды шариков. Наши опыты позволяют сделать выводы о том, как взаимодействуют заряженные тела: тела, имеющие заряды одинакового знака, отталкиваются. Тела, имеющие заряды разного знака – притягиваются.

ОПЫТ № 5.

В кабинете физики я познакомился с электрометром – прибором, позволяющим определить, заряжено ли тело, какой величины заряд и знак заряда (фото 1). С помощью электрометра я убедился, что в электризации при трении всегда участвуют два тела и при этом они приобретают  заряды разного знака: эбонитовая палочка отрицательно заряжена, на ней избыток электронов, кусочек меха положительно заряжен,  у него недостаток электронов. И эти заряды одинаковы по величине. Заряды при электризации не создаются, а распределяются между телами.

фото 1  

         После изучения теоретического материала и проведения опытов, я могут объяснить, почему трещит и искрится одежда, почему раздаются щелчки, когда я глажу свою кошку, почему «дерется» машина, почему вслед за расческой поднимаются волосы. Тела при трении электризуются. На них накапливаются заряды разного знака (положительного и отрицательного). Если на теле избыток электронов, оно заряжено отрицательно, если недостаток электронов – положительно. Между сильно наэлектризованными телами происходит электрический разряд.

   Теперь могу объяснить, что происходит во время грозы.

Во время грозы облака трутся  о воздух в своей нижней части и заряжаются отрицательно. Они притягивают к себе противоположный заряд, который скапливается на почве, на деревьях, на домах, на предметах или на соседних облаках. Когда заряд облака становится слишком большим, происходит электрический разряд – молния, то есть резкое и очень сильное перемещение электрических зарядов от облака на землю или между двумя облаками. Молния видна, как яркая вспышка света. Мы также слышим гром, потому что при вспышке молнии выделяется огромное количество тепла. От этого воздух резко расширяется, вызывая знакомый нам звук грома. Таким образом, МОЛНИЯ – это электрический заряд сильно наэлектризованного облака, направленный к земле .

3. Роль статического электричества в окружающей среде

3.1. Когда электризация тел вредна

   Еще в ХIХ столетии были известны вредные действия статического электричества. В ХХ веке вредные проявления статического электричества наблюдаются чаще, так как широко применяются легко электризующиеся вещества: пластмассы, синтетические волокна, нефтепродукты и т.п. Электризация происходит и в быту, и на производстве. Взаимодействие наэлектризованных тел затрудняет выполнение многих технологических операций. Например, электризация волокон вызывает их взаимное отталкивание, что мешает работе ткацких станков (фото 4).

       фото 4

Заряженную ткань трудно раскраивать. Такая ткань, кроме того, сильно загрязняется вследствие притяжения к ней частичек пыли (фото 5).

     фото 5

    Для избежания вредных последствий электризации тел на производстве применяют различные методы борьбы с этим явлением: заземление оборудования, обработка материалов графитом или бронзовым порошком, увеличение влажности воздуха в помещении. В быту при стирке одежды применяют различные антистатики.

3.2. Когда электризация тел полезна

   Статическое электричество может быть верным помощником человека.

   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. Расход краски снижается (рис. 8).

   рис. 8

   Электрические копчености. При электрокопчении частицы коптильного дыма заряжают положительно, а отрицательным зарядом  тушку рыбы. Заряженные частички дыма оседают на поверхности тушки и частично поглощаются ею. Все электрокопчение продолжается несколько минут. Прежде копчение было длительным процессом (рис. 9).

  рис. 9

   Смешение веществ. Если мелкие частицы одного вещества зарядить положительно, а другого - отрицательно, то легко получить их смесь, где частицы распределены равномерно. Например, на хлебозаводе, при замешивании теста (фото 6).

   фото 6

   Медицина. Влияние статического электричества на организм человека и животного ещё до конца не исследовано.  Но уже известно, что электрические разряды, которые возникают вследствие электризации одежды, для людей безвредны, а в некоторых случаях, например при заболеваниях суставов, даже полезны. В медицине статическое электричество используют при создании так называемых электроаэрозолей. Они представляют собой лекарственные вещества в виде очень маленьких заряженных капелек, которые при вдохе проникают в лёгкие человека.     Также при помощи статического электричества получают очень красивые ткани типа бархата.

Заключение

   Подводя итог, можно сказать, что поставленные задачи  выполнены: изучив специальную литературу и проведя опыты, мы выяснили,  что такое статическое электричество, его происхождение и  значение в окружающей среде. Статическое электричество – накопление электрических зарядов на предметах, телах. Явление сообщение телу электрических зарядов называется электризацией.

   О результатах своих исследований я докладывал на уроке окружающего мира в своем классе и на школьной научной конференции.

   Найдя ответ на один вопрос, передо мной возник новый. Когда я нажимаю кнопку выключателя, вспыхивает электрическая лампочка. Это тоже электричество. Мне стало интересно, почему  электрическая лампочка не загорается,  если её  потереть о шерсть кошки или шерстяную тряпочку. Чтобы помочь мне разобраться в этом вопросе, родители купили электронный конструктор «Знаток» (фото 8, ). До встречи в следующем году.

фото

Литература

  Большая книга экспериментов для школьников/ Под ред. Антонеллы Мейяни; пер. с ит. Э.И. Мотылёвой. – М.: ООО «Издательство «РОСМЭН-ПРЕСС», 2003. – 260 с.

Что такое. Кто такой. Том 3./Издательство «Педагогика», 1978. – 256с.

Естествознание: Проб.учеб. для 7 кл./ Под ред. А.Г.Хрипковой.-М.: Просвещение, 1994. – 224с.

Я познаю мир: Дет.энцикл.: Физика/ Под общ.ред. О.Г.Хинн. – М.: ТКО «АСТ», 1995. – 480с.

Русские инженеры/Л.Гумилевский. – Изд. Молодая гвардия, 1953. – 440с.

Мир физики/М.М.Колтун. – Изд. Детская литература.,1987. – 271с.

Физика – юным: Теплота. Электричество. Кн. для внеклассного чтения. 7 кл./Сост. М. Н. Алексеева. – М.: Просвещение, 1980. –    160 с.

     Ожегов С. И. и Шведова Н.Ю. Толковый словарь русского языка:                              80000 слов и фразеологических выражений / Российская АН.; Российский                                                   фонд культуры; - 2-е изд., испр. и доп. – М.:АЗЪ, 1995. – 928 с.

    Материалы  сайтов Интернета: http: // ru. wikipedia. org/wiki/ Статическое                      электричество