Исследовательский проект на тему «Природное явление - молния»

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №49»

Новоуральский городской округ

Исследовательский проект на тему

«Природное явление - молния»

Автор:

учащийся 9 «а» класса

МАОУ «СОШ №49»

Уфимцев Павел Григорьевич,

Руководитель:

Глазер Анастасия Евгеньевна,

учитель химии МАОУ «СОШ №49»

2019г.

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...3

Глава 1.Общие сведения о молнии………………………………………………5

1. Исторические воззрения на молнии…………………………………..5
2. Механизм образования молнии……………………………………….6
3. Результат молнии………………………………………………………8

Глава 2. Практическое исследование…………………………………………..10

2.1 Итоги проведения социологического опроса учащихся …………...10

2.2 Экспериментальное моделирование молнии………………......……11

2.3 Рекомендации о том, как защитить себя от небесной стихии……..13

Заключение……………………...……………………………………….….........15

Список источников…………..……………………………..……………………16

Приложение

Введение

Изучение предмета химии мы начали с изучения явлений, происходящих в окружающем нас мире. Эти явления связаны с определёнными изменениями в форме предмета, его агрегатного состояния. Но, кроме того, существуют явления, описание которых не укладываются в понятие физических. Мы познакомились с новыми для нас явлениями – химическими. Изучив и сравнив признаки физических и химических явлений, мы столкнулись с проблемой: к какому явлению отнести такое природное явление, как молния? На уроках физики нам рассказывали, что молния это физическое явление, а на уроке химии проанализировав информацию, мы пришли к выводу, что в результате молнии мы наблюдаем признаки химических реакций (выделение света, изменение запаха). Мы решили исследовать природное явление – молнию и определить,  какие явления (физические или химические) сопровождают данное природное явление.

Выбор темы обусловлен не только личным интересом, но и актуальностью. Природа молнии таит немало загадок. В день летней грозы многих и теперь, как в древние времена, охватывает оторопь, ощущение угрозы. Сколько раз за лето каждый из нас видит вспышку молнии на небесах, и всякий раз ее огонь кажется таинственным – этот затертый эпитет словно свежеет от жара молнии, наливается кровью. Да и ученый мир подтвердит, что, как ни сильна наука, познавшая все от атомов до созвездий, перед феноменом молнии – электрического разряда, возникающего между грозовой тучей и поверхностью Земли, – долго пасовала и она. На планете Земля это природное явление будет занимать не последнее место, пока есть жизнь.

              Интерес к этой теме определил цель исследования: изучить вопрос о физических и химических явлениях, сопровождающих молнию.

Более подробно и глубоко причины появления грома и молнии, чтобы знать насколько это опасно для жизни человека и, как можно избежать опасности.

Для достижения поставленной в работе цели мы выдвинули следующие задачи:

1.Найти, изучить и проанализировать необходимую информацию по данному вопросу;

2.Составить анкеты для учащихся и провести  анкетирование по теме;

3. Произвести экспериментальное исследование, сформулировать выводы;

4. Презентовать полученные результаты.

Гипотеза: молнию сопровождают химические и физические явления.  

Объектом исследования является само природное явление – молния.

Предметом исследования в данной работе выступают физические и химические явления, сопровождающие  молнию.

При написании  работы применялись следующие методы исследования:

- работа с различными источниками информации;

- анкетирование;

- эксперимент;

- наблюдение;

- анализ полученных результатов и соотнесение;

- представление результатов.

База исследования: 8 классы МАОУ «СОШ №49».

Сроки исследования: октябрь 2018 – апрель 2019год.

Ожидаемые результаты:

- выяснить какие явления, физические и (или) химические, сопровождают молнию.

- составление памятки «Правила поведения человека во время грозы», с целью формирования у учащихся взглядов, соответствующих безопасному образу жизни.

1. Общие сведения о молнии

1.1 Исторические воззрения на молнии

Молния и гром первоначально воспринимались людьми как выражение воли богов и, в частности, как проявление божьего гнева. Вместе с тем пытливый человеческий ум с давних времен пытался постичь природу молний и грома, понять их естественные причины. В древние века над этим размышлял Аристотель. Над природой молний задумывался Лукреций. Весьма наивно представляются его попытки объяснить гром как следствие того, что «тучи сшибаются там под натиском ветров».

Многие столетия, включая и средние века, считалось, что молния — это огненный пар, зажатый в водяных парах туч. Расширяясь, он прорывает их в наиболее слабом месте и быстро устремляется в низ, к поверхности земли.

В 1752 г Бенджамин Франклин экспериментально доказал, что молния — это сильный электрический разряд. Ученый выполнил знаменитый опыт с воздушным змеем, который был запущен в воздух при приближении грозы.Опыт: На крестовине змея была укреплена заостренная проволочка, к концу веревки привязаны ключ и шелковая лента, которую он удерживал рукой. Как только грозовая туча оказалась над змеем, заостренная проволока стала извлекать из нее электрический заряд, и змей вместе с бечевкой наэлектризуется. После того, как дождь смочит змея вместе с бечевкой, сделав их тем самым свободными проводить электрический заряд, можно наблюдать как электрический заряд будет «стекать» при приближении пальца.

Одновременно с Франклином исследованием электрической природы молнии занимались М.В. Ломоносов и Г.В. Рихман.Благодаря их исследованиям в середине 18 века была доказана электрическая природа молнии. С этого времени стало ясно, что молния представляет собой мощный электрический разряд, возникающий при достаточно сильной электризации туч.

1.2 Механизм образования молнии

Для формирования молнии необходимо возникновение и разделение положительных и отрицательных зарядов в грозовом облаке. При движении воздуха за счет конвекции различные воздушные потоки и облака в результате соприкосновения электризуются. Положительно заряженные капли воды и льдинки поднимаются, заряжая верхнюю часть грозового облака, а отрицательно заряженные оказываются внизу того же облака. Между двумя облаками, а также между облаками и землей возникает мощное электрическое поле.

Рисунок 1. Механизм образования молнии

Молния — это электрический разряд в атмосфере, сопровождающийся вспышкой света и последующим громом. Светящийся канал разряда напоминает разветвляющуюся реку или дерево. Ее возникновению предшествует образование проводящего канала для разряда молнии в виде ломаной линии, так называемого ступенчатого лидера. Длина каждой такой «ступеньки» — около 50 м. На таком отрезке электроны под действием сильного электрического поля между тучей и землей разгоняются до скоростей порядка 50 000 км/с! Ионизировав огромное количество атомов, первичные электроны теряют энергию и тормозятся. Зато вновь образовавшиеся электроны быстро разгоняются до столь же высоких скоростей, и возникает следующее звено лидера. И так продолжается до тех пор, пока он не достигнет земли.

Облако и земля оказываются соединенными проводящим каналом, содержащим громадное количество носителей заряда. Иными словами, это проводник электрического тока. Теперь электроны нижней части тучи могут свободно сигануть вниз, на землю. Происходит как бы короткое замыкание между тучей и поверхностью земли — мощный электрический разряд, то есть бьет молния. Когда весь отрицательный заряд этой части тучи сбегает по такому каналу вниз, молния исчезает. Вспышка длится десятые доли секунды. Но бывают случаи, когда после первой молнии по тому же каналу бежит новый лидер — происходят второй разряд и вспышка молнии. Интервалы между последовательными импульсами очень коротки, от 1/100 до 1/10 с. Число таких повторных вспышек может доходить до 40.

Вывод: молния это физическое явление, т.к.  не происходит превращение одного вещества в другое.

1.3 Результат молнии

Уверен, вы замечали, как летом легко дышится после грозы. И воздух тоже становится особенно свежим и приобретает характерный запах. Каждый раз после летней грозы вы можете наблюдать еще одно распространенное в природе химическое явление – образование озона.

Озон О3, аллотропная модификация кислорода, в чистом виде представляет собой газ синего цвета. В природе наибольшая концентрация озона – в верхних слоях атмосферы. Там он выполняет роль щита нашей планеты, который защищает ее от солнечной радиации из космоса и не дает Земле остывать, поскольку поглощает и ее инфракрасное излучение.

В природе озон в большинстве своем образуется благодаря облучению воздуха ультрафиолетовыми лучами Солнца (3О2 + УФ свет → 2О3). А также при электрических разрядах молний во время грозы.

В грозу под воздействием молний часть молекул кислорода распадается на атомы, молекулярный и атомарный кислород соединяются, и образуется О3. Вот почему мы ощущаем особую свежесть после грозы, нам легче дышится, воздух кажется более прозрачным. Дело в том, что озон гораздо более сильный окислитель, чем кислород. И в небольшой концентрации (как после грозы) безопасен и даже полезен, поскольку разлагает вредные вещества в воздухе. По сути, дезинфицирует его. Однако в больших дозах озон очень опасен для людей, животных и даже растений, для них он ядовит.

Кстати, дезинфицирующие свойства полученного лабораторным путем озона широко используются для озонирования воды, предохранения продуктов от порчи, в медицине и косметологии.

Вывод: в результате молнии в воздухе образуется новое вещество, а это значит -  произошло химическое явление.

2. Практическое исследование

2.1. Итоги проведения социологического опроса учащихся

Аналитическая справка по итогам проведения социологического опроса на тему: «Природное явление - молния» в социальной сети среди учащихся.

Был проведён опрос на тему: «Природное явление - молния», с целью выявления осведомленности школьников по данному вопросу.

В первом опросе принимали участие 35 учеников. Ребятам было предложено ответить на 3 вопроса: 1.Молния это физическое явление? 2. Молния это химическое явление? 3. Молния это физико-химическое явление?  

Данный опрос позволил определить степень знания материала у ребят. Результаты ответов  описаны в таблице. (Приложение № 1) Из 35 опрошенных по первому вопросу положительный ответ дали 31,43% (11 чел.). По второму вопросу 8,57% (3 чел.)  дали положительный ответ, по третьему вопросу 60% (21 чел.).

Во втором опросе «Сможете ли вы объяснить, что молния это  физико-химическое явление?»  положительно ответили 41,67%, отрицательно-58,33%.

          Из этого можно сделать вывод, что дети владеют недостаточным объёмом знаний по данной теме. Чтобы обогатить уровень знаний у школьников, было принято решение презентовать свой опыт по данному вопросу. Для этого была создана презентация на тему «Природное явление-молния» и составлена памятка «Правила поведения человека во время грозы», с целью формирования у учащихся взглядов, соответствующих безопасному образу жизни. (Приложение №2)

2.2  Экспериментальное моделирование молнии

С целью подтверждения выдвинутой гипотезы, попробуем сами смоделировать молнию, пусть даже миниатюрную. (Приложение №3)

Вывод: Молния возникает в результате физических явлений, а в результате молнии происходят как физические, так и химические явления.

2.3 Рекомендации о том, как защитить себя от небесной стихии

Опасно находиться во время грозы в воде или на берегу водоема. Вода и прибрежный грунт имеют высокую электропроводность, что притягивает молнию. В то же время внутри железобетонных зданий и металлических строений человек может себя чувствовать достаточно уверенно.

Молния может ударить в самолет, но поскольку он является цельнометаллическим, пассажиры достаточно надежно защищены от высокого напряжение. Другое дело, не пострадают ли бортовые электронные системы самолета от удара молнии. Среди различных причин авиакатастроф молния занимает последнее место, тем не менее, полёты самолетов во время грозы запрещены.

Иногда молния застает людей в пути, когда они находятся в автомобиле, автобусе или вагоне поезда. Однако полностью или частично закрытая электропроводная поверхность образует так называемую камеру Фарадея, внутри которой молния не может создать высокой разности потенциалов. Поэтому пока пассажиры не выйдут наружу, чтобы полюбоваться на молнию, или не начнут открывать окна - они в безопасности.

Во время ударов молнии следует избегать близкого нахождения с электропроводкой, водостоками с крыш, антеннами, не нужно находиться рядом с окном, срочно выключите телевизор и другие электроприборы.

В лесу не укрывайтесь от грозы под высокими деревьями. Если человек находится вблизи водоема, нужно по возможности отойти от берега, спуститься с возвышенного места в низину. Не следует ложиться на землю, если неподалеку нет никакого укрытия, например в поле, подставляя электрическому току все свое тело, нужно найти какое-то углубление (овраг или ложбину) и сесть на корточки, обхватив голову руками.

От металлических предметов и мобильных телефонов нужно непременно избавиться на время раскатов молнии.

Иногда молния сама жалеет человека. Считается, что стихия поражает от 5 до 30 % от общего количества пострадавших.

Следует отдельно отметить такое явление, как шаровая молния. Лучше относиться к шаровой молнии как к незнакомой собаке - стоять или сидеть неподвижно, наблюдая за ее поведением. В крайнем случае, если она приблизилась вплотную к лицу, можно энергично подуть на нее. Обладая высокой парусностью, шаровая молния обязательно отлетит от Вас в сторону. После этого, если дверь рядом, лучше покинуть помещение самому, а не ждать, когда она вылетит и тем более не выгонять шаровую молнию веником, метлой или другими предметами, т.к. поведение ее в этом случае непредсказуемо, а энергию она несет достаточную, чтобы повредить Вашему здоровью.

Заключение

В данной работе была поставлена цель: изучить вопрос о физических и химических явлениях, сопровождающих молнию. На наш взгляд, по итогам исследования удалось решить поставленные  задачи.

В практической части работы была смоделирована молния, пусть даже миниатюрная, исследована осведомленность учащихся по данному вопросу, составлена памятка «Правила поведения человека во время грозы».

Проведенная работа позволяет сделать вывод, что если школьники прислушаются к этим правилам, будут знать их и соблюдать, а встретившись с этим природным явлением, не будут паниковать, то не подвергнут свою жизнь риску.

Молния представляет собой одно из самых захватывающих и удивительных зрелищ. При этом она является одним из самых грозных и непредсказуемых природных явлений.

Разумеется, это далеко не полный список удивительных явлений в природе, которые делают жизнь на планете такой разнообразной и прекрасной. Вы сможете узнать о них больше, если будете внимательно смотреть по сторонам. Вокруг полно удивительных явлений, которые только и ждут, чтобы вы ими заинтересовались.

Ознакомиться с интересными фактами, Вы можете в отдельно вынесенном Приложении 4 к данной работе.

Список источников

1. Александр Викторович Волков. "100 великих тайн Земли" [Электронный ресурс]: https://www.litmir.me/br/?b=198109&p=1

2. ВикиЧтение / Молния загадка: Чудеса: Популярная энциклопедия. Том 1 [Электронный ресурс]: https://info.wikireading.ru/85794
3. Научно-популярный журнал «Как и Почему?» / Атмосфера и погода [Электронный ресурс]: https://kipmu.ru/category/atmosfera-i-pogoda/

4. Онлайн энциклопедия / Физика / Молния как физическое явление [Электронный ресурс]: https://sitekid.ru/fizika/molniya.html

5. Электронная библиотека RoyalLib.com/  Аккуратов Валентин - Встреча с огненным шаром [Электронный ресурс]: https://royallib.com/book/akkuratov_valentin/vstrecha_s_ognennim_sharom.html

Приложение  1

Социологический опрос учащихся

Приложение 2

 Памятка «Правила поведения человека во время грозы»

Несмотря на то, что молния – это очень красивое зрелище, она также обладает и огромной разрушительной силой. Тысячи людей каждый год погибают от ударов молнии. Это возникает из-за того, что молния выбирает путь наименьшего сопротивления во время своего путешествия к земле. Если вокруг человека не окажется более удачного пути, то молния может пройти по телу, так как оно обладает гораздо меньшим сопротивлением, чем окружающий воздух. Человек не может предотвратить это природное явление.

Поэтому необходимо соблюдать ряд мер предосторожности во время грозы:

- нельзя находиться на открытом месте или под деревьями и столбами;

- если гроза застала вас в открытом поле, нужно стараться держаться как можно ближе к земле;

- не подходите к реке, озеру или другим водоемам;

- снимите с себя все металлические украшения (цепочки, кольца, серьги);

- не приближайтесь к линиям электропередач или высоким деревьям;

- не стойте рядом с металлической оградой, стальными трубами, рельсами, а также вблизи других проводников электричества;

- нежелательно пользоваться проводным телефоном (как впрочем, и мобильным) даже внутри помещений, так как телефонные провода часто попадают под действие электрического удара. По этой же причине следует держаться подальше от водопровода и газовых труб.

Берегите себя!

Приложение 3

Описание опытов «Моделирование молнии»

Опыт №1. Опыт следует проводить в тёмном помещении, иначе не будет видно. Нам потребуются два продолговатых воздушных шариков. Затем, следя, чтобы они не соприкасались,одновременно натрём их шерстяной тряпочкой. Воздух, наполняющий их, наэлектризуется. Если шарики сблизить, то от одного к другому через тонкий слой воздуха начнут проскакивать искры, создавая световые вспышки. Одновременно мы услышим слабое потрескивание – это миниатюрная копия грома и молнии.

Опыт №2. Если расчесать чистые сухие волосы пластмассовой расческой, то они начинают притягиваться к ней или даже искрят. После этого расческа может притягивать и другие мелкие предметы, например, мелкие бумажки. Это явление называется электризация трением.

Опыт №3. Погаси в комнате свет, задерни шторы. Хорошенько потри тряпочкой линейку. После этого возьми в другую руку ножницы и приблизь их остриями к линейке.На остриях ножниц появятся трепещущие светящиеся лиловатым пламенем нити. При этом можно услышать легкое   жужжание.

Опыт №4. Необходимо приготовить чистый лист бумаги.Вымой и насухо вытри стекло на дверце духовки. Попроси взрослых зажечь духовку. Дождись, когда стекло станет тёплым, и выключи духовку.Прижми к теплому стеклу духовки лист бумаги, разгладь его и потри по нему ладошкой. Лист пристанет к стеклу. Погаси свет в кухне и оторви лист от стекла.Ты услышишь треск электрических разрядов, а между бумагой и стеклом пробегут искорки.

Опыт№5.Соблюдая технику безопасности приводим в движение – крутим за ручку электрофорную машину. Наблюдаем красивое свечение, слышим потрескивание и ощущаем запах озона. 

  Приложение 4

Это интересно!

Пословицы:

• "Молния не сверкнёт - грома не будет" – турецкая
• "Молния ударяет в высокое дерево" – марийская
• "Как магнит с иглой" – тамильская
• "Чтобы уберечься от молнии, ковш на голову не надевают" – корейская

Загадки:

Сначала - блеск
За блеском - треск
За треском - плеск. 

***

Как Солнце горит,

Быстрее ветра летит,

Дорога в воздухе лежит,

По силе себе равных не имеет.

Мы – проводники!

Человеческое тело является хорошим проводником. Его мускулы и кровеносные сосуды в значительной степени состоят из воды, а нервы способны переносить электрические сигналы. Интересно, что 86% жертв молний — мужчины. То ли у них физиология особенная, то ли они бывают на свежем воздухе чаще женщин, проводящих большую часть жизни дома.

Человек имеет значительные шансы выжить при ударе молнии в него. Конечно, температура во время разряда очень высока, но длится он обычно недолго и не всегда приводит к серьезным ожогам. Основной ток молнии часто проходит по поверхности тела, поэтому большинство пораженных молнией людей не умирают.

Интересные факты о молниях

• Средняя длина молнии — 2,5 км. Некоторые разряды простираются в атмосфере на расстояние до 20 км.
• Молнии также были зафиксированы на Венере, Юпитере, Сатурне и Уране. Молнии Сатурна в 1 млн раз сильнее земных.
• Воздух в зоне канала молнии практически мгновенно разогревается до температуры 25 000—30 000°С.
• От удара молнии в мире в среднем погибает около 3000 человек ежегодно.
• Из деревьев молнией чаще всего поражаются тополя (27%), груши (20%), липы (12%), ели (8%), а кедровые составляют только 0,5%.

Почему грозы чаще бывают над сушей, чем над морем?

Чтобы грозовое облако разрядилось, в воздухе под ним должно быть достаточное число заряженных частиц (ионов). Воздух, состоящий только из молекул азота и кислорода, не содержит ионов. А вот если в воздухе много инородных частиц, например, пыли, то и ионов тоже много. Ионы образуются при движении частиц в воздухе также, как заряжаются при трении друг о друга различные материалы. Поэтому что пыли в воздухе гораздо больше над сушей, чем над океанами. Потому-то грозы и гремят над сушей чаще.

От чего зависит цвет молнии?

Внимательно наблюдая за грозами, можно заметить, что молнии бывают различного цвета. По цвету молнии можно судить о свойствах окружающего воздуха: вспышка красного цвета – в облаке дождь, голубого – град, желтого – пыль. Белый цвет свидетельствует о том, что воздух очень сухой. Такая молния представляет особую опасность, потому что часто при разряде в землю вызывает пожары.

Почему зимой не бывает грозы?

 Зимой нет резких перепадов температур. Воздух везде одинаково холодный. Отсутствие сильных перепадов температур не приводит к большой разнице электрических потенциалов между разными облаками и между поверхностью Земли и облаками. Маленькая разница потенциалов не приводит к пробою воздуха, который, как известно, диэлектрик. Так как молния возникает при грозе, то после вспышки яркого света мы слышим раскат грома.

Гром - оглушительный треск, грохот, гул, сопровождающий разряд молнии во время грозы. Раскаленная среда взрывообразно расширяется и вызывает ударную волну, воспринимаемую как гром.

Откуда же берется гром?

Все просто. С одной стороны – заряженное небо (в тучах много воды, в воде полно электрических зарядов), а с другой – заряженная Матушка-Земля. Когда очень много энергии, необходимо, чтобы она куда-то выплеснулась. Иначе будет катастрофа. Энергия скапливается, и в один прекрасный момент высвобождается, образуя при этом большую искру, которую мы видим на небе.

В тот же самый момент она ударяет, проходит через воздух, который в свою очередь, мгновенно нагревается, расширяется и мы слышим гром! Так как звук распространяется медленнее света, то сначала мы видим вспышку, а потом слышим удар. Чем больше пауза между вспышкой и раскатом грома тем дальше от нас происходит грозовой разряд. Молния, конечно, очень красивое зрелище. Но иногда она причиняет вред, например, попадет, куда не надо, а именно в дома и даже людей. Для исключения таких вот случайностей был изобретен громоотвод, который расположен на различных зданиях или рядом с ними.