Статистическое электричество — важная концепция, изучаемая физикой, которую детям полезно изучать.
методическая разработка по физике

Статистическое электричество — важная концепция, изучаемая физикой, которую детям полезно изучать.

г. Москва, Восточный округ.АНО ОО "Русская Международная Школа" .                                 (Ловцова Анжелика Фёдоровна-учитель физики и астрономии).

Как объяснить ребенку статическое электричество?

Существуют различные виды электричества, и одним из наиболее распространенных видов электричества является статическое электричество. Термин «статический» используется с этим электричеством, потому что оно остается там, где генерируется или трется; это не течет.

Статическое электричество создается при дисбалансе количества положительных и отрицательных зарядов в предмете или человеке. Противоположные заряды притягиваются друг к другу и продолжают накапливаться, пока заряды не разрядятся.

«Информация — это не знание. Единственный источник знаний — опыт».                                  А. Эйнштейн

А. Эйнштейн говорил: «Чисто логическое мышление само по себе не может дать никаких знаний о мире фактов: всё познание реального мира исходит из опыта и завершается им».

Как объяснить ребенку статическое электричество?-через опыты вместе с ним!

Опыт № 1 « Как «приручить» шарик?»

Надо шарик, потереть его шерстяной материей, шар остался висеть на том месте, с которым соприкоснулся. У нас получилось создать заряд статического электричества! Частицы с одинаковыми зарядами отталкиваются друг от друга, с разными зарядами – притягиваются.

Опыт № 2 « Как навести порядок с помощью шарика?»

На столе разбросать мелкие кусочки бумаги. Натереть шарик шерстяной тканью, и бумага «приклеится» к шару. И снова у нас получилось создать электрическое поле с противоположно заряженными частицами.

Опыт № 3 «Шарики поссорились».

Наэлектризованные тела либо притягиваются, либо отталкиваются.

Для этого проведём ещё один опыт, чтобы узнать, когда это происходит.

Надуваем два воздушных шарика и привяжем их к двум концам одной нити.

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.

Но только стоит между шариками вставить лист бумаги… - шарики сближаются.

Вывод: 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. Наш опыт позволяют сделать выводы о том, как взаимодействуют заряженные тела: тела, имеющие заряды одинакового знака, отталкиваются. Тела, имеющие заряды разного знака – притягиваются.

Опыт № 4 «Хлопья ».

Высыпаем на стол немного овсяных хлопьев. Натираем шарик о ткань, подержим немного на небольшом расстоянии над хлопьями. Позитивно заряженные хлопья притянутся и прилипнут к шарику.

   Вывод: при трении шарика о ткань возникает статическое электричество, которое притягивает хлопья.

Опыт № 5 «Сортировка».

Цель: разделить перемешанные перец и соль.

(Задача конечно трудная, прямо как Золушка в известной нам сказке).

В опыте участвовали: тарелка; щепотка соли, щепотка молотого перца,

воздушный шарик, шерстяной свитер, помощник.

Результат:

После того, как мы потрём шарик о шерстяной шарф, перец начнёт притягиваться к нему, а соль нет.

Вывод: это происходит потому, что электроны в перечных пылинках стремились переместиться как можно дальше от шарика. Перец прилипал к шарику.

Соль не притягивалась к шарику, так как в этом веществе электроны перемещаются плохо. Этот же опыт можно повторить с сахарам и корицей, результат оказался таким же (корица притягивалась к шарику, а сахар – нет.

Опыт № 5 «Электрофорная машина и ватка».

Электрофорная машина и ватка

Опыты с стеклянными и эбонитовыми палочками.

(Данные картинки демонстрируют суть опытов).

Опыты «Секреты волшебного шара Тесла».

Плазменная лампа — декоративный прибор, состоящий обычно из стеклянной сферы с установленным внутри электродом. На электрод подаётся переменное высокое напряжение с частотой около 30 кГц. Внутри сферы находится разреженный газ (для уменьшения напряжения пробоя). В качестве наполнения могут выбираться разные смеси газов для придания «молниям» определённого цвета. Теоретически, срок службы у плазменных ламп может быть весьма продолжительным, поскольку это маломощное осветительное устройство, не содержащее нитей накаливания и не нагревающееся в процессе своей работы. Типичная потребляемая мощность 5—10 Вт. Плазменная лампа — изобретение Николы Теслы (1894 год).

В шаре Тесла расположена катушка  индуктивности . Колба шара наполнена смесью инертных газов. Шарик, расположенный внутри стеклянной колбы – это электрод, на который подается напряжение мощностью в несколько киловольт. Чтобы вся конструкция превратилась в магический шар, внутри которого мы видим маленькие молнии, нужен еще один электрод. Им служит стекло, из которого изготовлена колба. Внутри шара создается электрическое поле, а молнии, которые мы видим, направлены по линиям этого поля. Если к шару дотронуться пальцем или рукой, силовое поле изменится и молнии устремятся в точку, где расположен палец. Плазменный шар является газоразрядной лампой с инертным газом, в которой в результате ионизации газа можно наблюдать светящуюся плазму. Несмотря на различные конструкции декоративных светильников принцип действия их одинаков. При включении лампы носители зарядов (ионы и электроны) начинают ускоренно двигаться вдоль линий силового поля лампы. В результате ударного возбуждения и рекомбинации возникает характерное для данного газа свечение, наблюдается тлеющий разряд. Для возникновения и поддержания газового разряда в лампе требуется наличие электрического поля .

Опыт 1

Если к работающей плазменной лампе просто, держа в руке, поднести неоновую, люминесцентную или любую другую газоразрядную лампу, то она начнёт светиться, т.к. в металлическом объекте, расположенном вблизи плазменного шара, индуцируется ЭДС.

Опыт 2

Вокруг шара и вокруг телефона существуют электромагнитные поля. Они взаимодействуют без проводов. Большая напряженность электрического поля вблизи плазменного шара создает помехи в работе телефона, вблизи электронной аппаратуры.

Опыт 3

Прозрачная стеклянная сфера установлена на подставке и заполнена смесью инертных газов под низким давлением. Шарик в середине сферы служит электродом. В цоколь лампы встроен трансформатор, который выдает на электрод переменное напряжение в несколько киловольт с частотой около 20-30 кГц.

Вторым электродом является окружающая стеклянная сфера или даже сам человек, если он прикасается к шару. Когда Вы включаете лампу, возникает свечение в виде многочисленных электрических разрядов.

Молнии направлены по силовым линиям электрического поля. Если дотронуться пальцем до стекла, меняется электрическое поле внутри лампы, и электрические разряды смещаются в сторону контакта пальца со стеклом.

Особенно впечатляет работа плазменного шара в темноте.

Плазменный шар наполнен светящимися движущимися змейками. Каждая змейка - это плазменное образование типа слабо светящегося шнурового разряда. Такой разряд называется тлеющим: он развивается между металлическим шаровым электродом, расположенным в центре всего устройства, и слабо проводящей металлизированной поверхностью стеклянного шара при не очень большом электрическом токе в газе низкого давления. Каждая змейка разряда, а их может быть одновременно до двух десятков, в среднем вытянута в радиальном направлении.

Немного теории.

Многочисленные случаи представляют собой примеры присутствия статического электричества вокруг нас. Он не течет, как ток. Положительные и отрицательные заряды представляют собой отличные примеры из повседневной жизни и могут быть легко поняты детьми.

Например, бывают случаи, когда волосы остаются стоять, независимо от того, сколько раз их расчесывали. Это потому, что волосы в такие моменты содержат много зарядов. Это может произойти, если волосы терлись о москитные сетки или постоянно терлись о волосы пластиковой расческой. Это трение создает электрические заряды в наших волосах и позволяет им вести себя по-другому. Волосы также встают дыбом, когда дети играют на горках. Это особенно верно, потому что скольжение вызывает трение, положительно заряжая тело, в том числе и волосы. Поскольку все пряди волос имеют положительный заряд, они начинают отдаляться друг от друга.

Еще одним примером статики в реальной жизни является работа принтеров и копировальных аппаратов. В этих машинах заряд генерируется при включении электричества. Именно из-за статического электричества чернила притягиваются к чистому листу бумаги. Свет генерируется в процессе печати или фотокопирования на листе. То же самое относится и к использованию краскораспылителей и машин для удаления пыли. Статическое электричество имеет небольшой ток и оказывает небольшое количество энергии. Молния, которую мы видим во время грозы или проливного дождя, также вызвана статическим электричеством.

Атомы воды, присутствующие внутри облаков, продолжают двигаться, как будто облака готовы излиться дождем. Это создает статическое электричество. По мере создания зарядов положительные заряды перемещаются вверх, а отрицательные — к нижнему концу комьев. По мере того, как бури и облака движутся во время их формирования, положительный заряд формирует высокие объекты, такие как электрические столбы, деревья и иногда люди. Как только эти электрические изменения становятся достаточно сильными, положительные заряды земных объектов притягиваются к отрицательным изменениям, происходящим у основания облаков.

Это приводит к молнии. Таким образом, статическое электричество полезно при молнии. Такие заряды могут создаваться и при трении ног о ковер. Заряды от ковра попадают в тело человека и делают его заряженным. После того, как человек заряжен, если он соприкасается с какими-либо металлическими перилами или с отрицательно заряженным человеком, он, как правило, испытывает небольшой удар или ток, замыкая цепь. Это результат статического электричества. В этом примере ковер играет роль переноса заряда. Вероятно, поэтому люди постоянно получают удары током. Зимой мы все носим шерстяную одежду. Они также генерируют заряды. Если вы снимете свитер в темноте, вы, скорее всего, услышите статический шум и увидите искру от себя, снимая его.

Используемые источники.
Горев Л.А. Занимательные опыты по физике в 6-7 классах. Пособие для учителей. М.: Просвещение, 1977.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Плазменная_лампа

http://virtuallab.by/publ/video_opyty/video_opyty/plazmennyj_shar/1-1-0-165

https://dzen.ru/a/Yyb-1dpHvm5Y9dBO