Примеры действия электрического тока

Световой столб

В древности часто принимали за мистические предзнаменования созданные солнцем световые явления. Физика же объясняет такие столбы игрой солнечных лучей с кристалликами льда, образованными в верхних слоях атмосферы. У природного явления всегда будет цвет источника света, а им может оказаться солнце, луна или любой фонарь. Но если они образованы природными светилами, то такие колонны оказываются намного длиннее.

Световой столб образуется в холодное время года. Кристаллы льда испаряются при минусовой температуре, у поверхности земли они представляют собой туман, способный хорошо отражать огни в виде колонн. Постоянно возникает это природное явление зимой в Ниагарском водопаде, причем кристаллы отражают свет только от прожекторов.

Суть электричества, его открытие

Итак, суть электричества заключается в следующем: в составе атомов и молекул находятся так называемые элементарные частицы электроны и протоны. В центре атома находится ядро, состоящее из протонов и нейтронов.

Протоны — это частицы положительного заряда. Они по силе действия на другой заряд другой частицы могут отталкивать или притягивать её. Нейроны — это частицы нейтральные с точки зрения зарядов. Электроны вращаются на очень большой скорости вокруг ядра атома, и имеют отрицательный заряд. Количество элементарных частиц в атоме может быть разным в зависимости от конкретного вещества.

Суть электричества волновала человечество с античных времен. В VII веке до нашей эры) был такой философ Фалес Милетский, который впервые заметил некоторое электрическое явление. Если потереть о кусочек шерсти янтарь, то он начинает притягивать к себе имеющие небольшой вес предметы. Однако на этом развитие исследований в данной сфере почти на 2,5 тысячелетия остановилось. Продолжилось оно лишь в XVII веке. Сначала греческим философом был введен термин, затем начались активные изыскания по изучению природы электричества, возможностей его применения на благо человечества.

Наиболее значимые открытия и изобретения

  • 1633 год – немецкий инженер Отто фон Герике изобретает первую в мире электростатическую машину, позволившую наблюдать различные виды взаимодействия электрических зарядов — их отталкивание и притягивание;
  • 1729 год – английский ученый Стивен Грей в результате своих изысканий и экспериментов по передаче электричества на значительные расстояния обнаружил, что материалы, имеющие различную электропроводность неодинаково его пропускают через свою толщу;
  • 1745 год – ученый из Нидерландов Питер ван Мушенбрук изобретает первый в мире накопитель электрического заряда (простейший конденсатор) – Лейденскую банку;
  • 1800 год – итальянский ученый Алессандро Вольта изобрел первый источник тока – гальванический элемент, состоящий из круглых цинковых и серебряных пластин, сложенных поочередно столбиком и разделенных между собой смоченной в солевом растворе бумагой;
  • 1820 год – датским ученым-физиком Хансом Эрстедом открыто электромагнитное взаимодействие между различными по знаку электрическими зарядами и заряженными частицами;
  • 1831 год– Майкл Фарадей открывает такое явление, как электромагнитная индукция ;
  • 1880 год– француз Пьер Кюри открывает эффект генерирования кристаллом электрического заряда при его сжатии или другом изменении.

Никола Тесла

На рубеже XIX – XX веков одним из самых известных и загадочных ученых, занимавшихся изучением того, что такое электричество, и создавшим множество изобретений был Никола Тесла. Он раскрыл суть электричества.

Никола Тесла — выдающийся учёный в области электричества

Никола Тесла – выдающийся ученый, внесший огромный вклад в изучение данного явления. Ему принадлежит более 1000 разнообразных изобретений, около 800 из которых он запатентовал. Наиболее значительными и важными изобретениями великого ученого являются:

  1. Генератор высоких частот;
  2. Индукционный асинхронный электродвигатель; Высокочастотный трансформатор;
  3. Мачтовая антенна для передачи и приема радиосигналов.

А ещё Тесла был первым, кто разработал и выдвинул в практику правила техники безопасности при работе с электрическим током различной частоты и силы.

Откуда берется электрический ток

Электричество, поступающее по проводам в дома, вырабатывается электрическим генератором на различных электростанциях. На них генератор соединён с постоянно вращающейся турбиной.

В конструкции генератора есть ротор – катушка, которая располагается между полюсами магнита. При вращении турбиной этого ротора в магнитном поле по законам физики появляется или наводится электрический ток. Таким образом назначение генератора – преобразовывать кинетическую силу вращения в электричество.

Заставить турбину крутиться можно многими способами, используя разнообразные источники энергии. Они разделяются на три вида:

  • Возобновляемые – энергия, получаемая из неисчерпаемых ресурсов: потоков воды, солнечного света, ветра, геотермальных источников и биотоплива;
  • Невозобновляемые – энергия, получаемая из ресурсов, которые возникают очень медленно, несоизмеримо с темпами расходования: уголь, нефть, торф, природный газ;
  • Ядерные – энергия, получаемая из процесса ядерного деления клеток.

Чаще всего электроэнергия возникает благодаря работе:

  • Гидроэлектростанций (ГЭС) – строятся на реках и используют силу водного потока;
  • Тепловых электростанций (ТЭС) – работают на тепловой энергии от сжигания топлива;
  • Атомные электростанции (АЭС) – работают на тепловой энергии, получаемой от процесса ядерной реакции.

Преобразованная энергия по проводам поступает в трансформаторные подстанции и распределительные устройства и уже потом доходит до конечного потребителя.

Сейчас активно развиваются так называемые альтернативные виды энергии. К ним относят ветрогенераторы, солнечные батареи, использование геотермальных источников и любые другие способы получить электроэнергию через необычные явления. Альтернативная энергетика сильно уступает по производительности и окупаемости традиционным источникам, но в определённых ситуациях помогают сэкономить и снизить нагрузку на основные электросети.

Также есть миф о существовании БТГ — бестопливных генераторов. В интернете есть ролики демонстрирующие их работу и предлагается их продажа. Но о достоверности этой информации идут большие споры.

Watch this video on YouTube

Мир явлений

Изменения, происходящие с телами, получили название явления. Различают биологические, физические, химические и некоторые другие явления.

К биологическим явлениям относятся явления в живой природе, например забота о новорожденных малышах, прилет птиц весной, объединение волков в стаю, размножение, рост и развитие организмов.


Рост растения — пример биологического явления

Физическим явлениям свойственны изменения агрегатного состояния вещества, размеров и формы тела, положение тел друг относительно друга. При этом новые вещества не образуются.


Физические явления

Превращение воды в лед и ее испарение, изготовление из гранита памятника, измельчения сахара в сахарную пудру — все это примеры физических явлений. Они очень разные, но при этом ни одно вещество не разрушилось и новые вещества не образовались.

В отличие от физических явлений, при химических явлениях одни вещества превращаются в другие. Например, дрова в костре превратились в кучку пепла, на железной цепи образовалась ржавчина, подсолнечное масло превратили в маргарин.

В природе одни явления сопровождаются другими. К примеру, рост организма является биологическим явлением. Однако оно сопровождается физическим явлением — увеличением линейных размеров тела. Чтобы расти, организмы должны питаться, а значит, во время роста в организмах происходят и химические явления. Еще пример: химическое явление горения сопровождается выделением света и тепла, которые являются физическими явлениями.

Строение атома, положительный и отрицательный ионы

Итак, любое вещество, любого происхождения (вода, дерево, камень, стекло) состоит из более мелких элементов. Они называются молекулами. Взять хотя бы каплю воды. Она состоит из множества отдельных молекул, имеющих знакомую нам химическую формулу H2O. Далее молекулу вещества можно разделить еще на более мелкие частицы – атомы.

Строение вещества

В настоящее время известны всего лишь более ста различных атомов, однако это еще не предел. Атомы могут образовать миллионы разных молекул и соответственно столько же разных веществ.

Молекула воды

Планетарная модель атома

Как всем известно еще со школьной программы, в центре атома находится наиболее тяжелый его элемент — ядро. Вокруг него на определенном расстоянии по разным орбитам перемещаются электроны. Ядро не является цельным элементом, его составляют протоны и нейтроны.

Планетарная модель атома

Электроны обладает отрицательным зарядом, а протоны – положительным. Нейтрон, как видно из самого названия, не проявляет свойств ни тех, ни других зарядов. Иначе говоря, он нейтрален.

Чтобы уяснить суть электричества, поближе познакомимся со строением атомов. Для упрощения некоторых процессов применяется планетарная модель атома. Как в нашей солнечной системе вокруг солнца (ядра) движутся планеты по своей траектории, так и в атоме вокруг ядра движутся электроны. Электрон представляет собой не плотную частичку материи.Это размазанный в пространстве сгусток энергии, наподобие расплюснутой шаровой молнии.

Масса протона приблизительно в 2000 раз превышает массу электрона. Но суммарный положительный электрический заряд всех протонов равен суммарному отрицательному заряду всех электронов. Поэтому при нормальных условиях атом электрически нейтрален и за его пределами не ощущаются никакие силы. Положительные и отрицательные заряды как бы нейтрализуют друг друга.

Рассмотрим периодическую систему химических элементов, известную всем, как таблица Менделеева. В этих элементах все атомы расположены в строгой последовательности: от наиболее легкого до наиболее тяжелого – по величине относительной атомной массе, основную долю которой составляют протоны

Нейтроны также имею массу, но поскольку они не обладают выраженным электрическим зарядом, не будет заострять на них внимание

Периодическая система Менделеева

Действие электрического тока, некоторые факты об электричестве

Как правило, электрический переменный ток, наиболее распространенный в быту, оказывает на человеческий организм негативное влияние. Степень которого зависит от значения такой его характеристики, как сила тока:

  • При силе тока от 5 до 7 милиампер наблюдаются судороги в мышцах рук;
  • Токи с силой от 8 до 25 милиампер приводят к появлению болевых ощущений, нарушению дыхания;
  • Ток с силой 50-80 милиампер вызывает паралич дыхания и нарушение работы сердца;
  • Ток с силой свыше 80 милиампер вызывает остановку сердца и паралич дыхания.
  • Токи небольшой силы (до 1,5 милиампер) приводят к легкому дрожанию пальцев и не вызывают болевых ощущений.

Простые факты, как вырабатывается электричество

Чтобы добыть электричество из магнита от динамика, на него наматывают два медных провода. И два конца спаивают вместе, к оставшимся подсоединяют небольшую лампочку, светодиодную ленту. Для того, чтобы сделать источник питания для лампы накаливания на 220 В, нужно использовать более мощные и крупные магниты, толстые медные провода большого сечения. Самой древней батарейкой считается найденное при раскопках в Египте устройство, представляющее собой медный сосуд с вставленным в него железным стержнем, не касающимся стенок.

Интересный опыт проводили при дворе короля Людовика. Для того чтобы показать, как вырабатывается и протекает электричество, сделали взаимосвязь с Лейденской банкой и строем солдат. Взявшиеся за руки солдаты при этом образовывали ни что иное, как первую в мире полноценную живую электрическую цепь; Из-за большого количества смертей от даров молний в Италии в XVIII веке во многих европейских странах появилась очень странная мода на шляпки и зонтики с громоотводами; В скандинавских странах главный, порой и единственный, источник электроэнергии – это гидроэлектростанции. Благодаря таким станциям, в этих государствах очень низкий уровень загрязнения атмосферы.

Электричество: как это работает?

Никогда не помешает знать то, как работает привычное нам всем электричество

Во-первых это очень познавательно, а во-вторых ,это немаловажно для не только для расширения кругозора,но и для обеспечения собственной безопасности в современном мире, где достаточно опасная электроэнергия встречается почти на каждом шагу

Делимость электрического заряда. Электрон

В эксперименте с электрометрами металлическим стержнем часть заряда переносится от одного электрометра на другой. Из опыта видно, что заряд делится. Если коснуться стержня второго электрометра рукой, то заряд с него снимется, и распределится по всему телу (человеческое тело является хорошим проводником электричества). Если снова соединить приборы стержнем из металла, оставшийся заряд опять разделится. При повторении тех же шагов заряд каждый раз будет делиться. Кажется, что этот процесс будет происходить до бесконечности.

Заряды постепенно настолько уменьшаются, что электрометр уже не в состоянии их измерить. Уже очень точные опыты показали, что делить заряд до бесконечности нельзя, существует наименьший электрический заряд, который поделить уже нельзя. Называют его элементарным зарядом с абсолютной величиной e. Заряды измеряют в кулонах (Кл) в честь Шарля Кулона, французского физика.

Элементарным электрическим зарядом с отрицательным знаком обладает частица электрон (греч. «еlectron» – «янтарь»).

Примечания

  1. ↑ Спиридонов О. П. «Универсальные физические постоянные», М., «Просвещение», 1984, с. 52, ББК 22.3 С72
  2. Это не единственное свойство заряженных тел; например, заряженные тела при движении способны создавать ещё и магнитное поле, а также подвергаются воздействию последнего (также в случае своего движения).
  3. , с. 178.
  4. , с. 66.
  5. Богданов К. Ю. Физик в гостях у биолога. — М.: «Наука», Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986, 144 с. (Б-чка «Квант», Вып. 49) тир. 135000 экз., ББК 22.3 + 28 Гл. 1. Живое электричество.
  6. Dell, Ronald & Rand, David (2001), «Understanding Batteries», Unknown (Royal Society of Chemistry) . — Т. 86: 2–4, ISBN 0-85404-605-4

  7. McLaren, Peter G. (1984), Elementary Electric Power and Machines, Ellis Horwood, сс. 182–183, ISBN 0-85312-269-5

  8. Patterson, Walter C. (1999), Transforming Electricity: The Coming Generation of Change, Earthscan, сс. 44–48, ISBN 1-85383-341-X

  9. Edison Electric Institute, . Проверено 8 декабря 2007.

  10. Edison Electric Institute, . Проверено 8 декабря 2007.

  11. Carbon Sequestration Leadership Forum, . Проверено 8 декабря 2007.

  12. IndexMundi, . Проверено 8 декабря 2007.

  13. National Research Council (1986), Electricity in Economic Growth, National Academies Press, с. 16, ISBN 0-309-03677-1

  14. National Research Council (1986), Electricity in Economic Growth, National Academies Press, с. 89, ISBN 0-309-03677-1

  15. Один из первых коммерчески успешных вариантов электрической лампы накаливания был разработан Т. Эдисоном.
  16. d’Alroy Jones, Peter, The Consumer Society: A History of American Capitalism, Penguin Books, с. 211

  17. ReVelle, Charles and Penelope (1992), The Global Environment: Securing a Sustainable Future, Jones & Bartlett, с. 298, ISBN 0-86720-321-8

  18. Danish Ministry of Environment and Energy, . Проверено 9 декабря 2007.

  19. Brown, Charles E. (2002), Power resources, Springer, ISBN 3-540-42634-5

  20. Hojjati, B. & Battles, S., . Проверено 9 декабря 2007.

Полярное сияние

Есть удивительные по красоте примеры световых явлений, которые всегда окружены мистическим ореолом. В древних эскимосских и индейских легендах рассказывается о душах умерших, улетевших на небо во дворец над Полярной звездой. Для тех, кто жив, он невидим, но можно наблюдать свет, падающий на облака, когда жители небес открывают свои окна. Известны загадочные истории, когда целое селение уходило в полярную ночь, бросая свои жилища, при появлении пульсирующего свечения.

Этому явлению тоже находится в легендах объяснение: когда окна открывают боги, то они зовут к себе живых людей, и они идут на зов к Полярной звезде, находя там последний приют. Это действительно таинственное явление, окутанное загадками. Известны исследования ученых, попытавшихся с помощью мощных передатчиков и радаров создать искусственное явление вкупе с созданием низкочастотных электрических полей, воздействующих на психику человека. Работы были засекречены, и о них даже сейчас мало что известно.

В виде ярких пятен, похожих на облака, и выразительных огромных лент представлены примеры световых явлений при полярном сиянии. Последние появляются при мощном свечении, как только интенсивность пропадает, они разбиваются на пятна. Полярное сияние представляет собой свечение верхних слоев атмосферы, обладающих магнитным полем, при взаимодействии с заряженными частицами потока из солнечной короны в окружающее пространство. Во время свечения, напоминающего огромную завесу, простирающуюся на тысячи километров, в атмосфере возникают электрические токи, пробуждающие магнитные бури.

Звуковые и световые явления сопровождают появление полярного сияния, ведь к ярким вспышкам присоединяются шумы и трески, которые влияют на радиопередатчики, вследствие чего связь прерывается или полностью прекращается.

Действия электрического тока

Движение заряженных частиц увидеть невозможно. Тогда как же обнаружить есть в цепи ток или нет? Наличие тока определяется по его действию:

  • тепловому. Проводник с током нагревается;
  • химическому. На опущенных в электролит проводниках в виде равномерного налета выделяются вещества, входящие в состав щелочей, кислот или солей;
  • магнитному. Проводники при наличии в них тока притягивают железосодержащие предметы;
  • физиологическому. Ток, проходя через живой организм приводит к сокращению мышц.

Жизнь человека сейчас невозможна без применения действий тока.

Тепловое действие используется:

в быту (электроплитки, кипятильники, чайники, утюги, электропечи, осветительные приборы и др.);

в сельском хозяйстве (приготовление силоса, кормовые запарники, инкубаторы, обогрев теплиц, просушка льна и сена и др.);

Теплица

Инкубатор

в промышленности (электросварка, электросталеплавление).

Производство стали

Химическое действие тока применяют для выделения чистых веществ, покрытия ровным, тончайшим слоем металлических изделий. Водопроводные краны, чайники, кастрюли, ложки, самовары и другие изделия прошли во время изготовления через электрический ток в электролитах. Например, ложка, опущенная в раствор хлорида натрия или хлорного золота, делается позолоченной, если через раствор пропустить электрический ток. (Химические процессы, которые происходят в этом случае изучаются в старших классах).

Напыление на ложке

Работа электромагнитов основана на применении магнитного действия тока.

Подъем металлолома электромагнитом

Первые исследования электрического тока сделаны на основе его физиологического действия. Реакция лягушек на небольшие токи и ощущения самих экспериментаторов при прохождении небольшого тока через живое тело привели к созданию простейших источников тока.

Даже младшему школьнику известно, что ток может убить человека или животное. Но грамотное, научное использование электротока одновременно и помогает. Например, медицине в лечении различных заболеваний.

Запуск работы сердца

Электрические явления сопровождают современного человека повсюду. Но далеко еще не все изучено об электричестве. Его полезные и опасные свойства еще долго будут интересовать ученых и исследователей.

Электрическая цепь

Имея источник тока и провода, можно сделать так, чтобы заряды были исследованы и как-то использованы человеком. Для этого служат потребители, иначе приемники, электрического тока:

  • фонари и осветительные лампы;
  • электроплиты;
  • электродвигатели;
  • бытовые электроприборы;
  • промышленные электрические устройства.

Источник тока, потребитель, провода и выключатель – вот минимум основных элементов, которые образуют простейшую электрическую цепь.

Установиться ток может только в замкнутой цепи. Если нужно остановить движение зарядов, выключатель размыкают, в цепи возникает разрыв и ток прекращается.

Перед сборкой цепи ее обычно изображают схематически, чтобы было понятно, из каких элементов она состоит, и как они соединены. Такое изображение называется схемой электрической цепи. 

Для каждого элемента цепи придумано свое специальное обозначение

Условные обозначения на схеме просты и понятны. Одновременно они напоминают элементы цепи, например лампочка – кружок с крестиком внутри символизирует расходящиеся от центра светлые лучи. Около значка источника тока подписывают плюс и минус. Плюс пишется рядом с длинной палочкой, минус – около короткой.

На примере карманного фонарика можно увидеть разницу между схематическим изображением устройства и электрической схемой:

  • а – фото фонарика;
  • б – схематическое изображение фонарика (1 – корпус, 2 – кнопка выключателя, 3 – гальванические элементы, 4 – лампочка);

в – электрическая схема фонарика (содержит источник тока, лампочку (потребитель), выключатель и соединительные провода).

Классификация

Если заряженные частицы движутся внутри макроскопических тел относительно той или иной среды, то такой ток называют электрический ток проводимости. Если движутся макроскопические заряженные тела (например, заряженные капли дождя), то этот ток называют конвекционный ток. Различают переменный (англ. alternating current, AC), постоянный (англ. direct current, DC) и пульсирующий электрические токи, а также их всевозможные комбинации. В таких понятиях часто слово «электрический» опускают. Постоянный ток — ток, направление и величина которого слабо меняются во времени.

Переменный ток — ток, величина и направление которого меняются во времени. В широком смысле под переменным током понимают любой ток, не являющийся постоянным. Среди переменных токов основным является ток, величина которого изменяется по синусоидальному закону.

Ток течет по проводам высоковольтных линий электропередач, ток вращает стартер и заряжает аккумулятор в нашем автомобиле, молния во время грозы — это тоже электрический ток.

Электрические разряды

В этом случае потенциал каждого конца проводника изменяется по отношению к потенциалу другого конца проводника попеременно с положительного на отрицательный и наоборот, проходя при этом через все промежуточные потенциалы (включая и нулевой потенциал).

В результате возникает ток, непрерывно изменяющий направление: при движении в одном направлении он возрастает, достигая максимума, именуемого амплитудным значением, затем спадает, на какой-то момент становится равным нулю, потом вновь возрастает, но уже в другом направлении и также достигает максимального значения, спадает, чтобы затем вновь пройти через ноль, после чего цикл всех изменений возобновляется.

Таблица электрический ток и его единицы измерения.

Квазистационарный ток

Это «относительно медленно изменяющийся переменный ток, для мгновенных значений которого с достаточной точностью выполняются законы постоянных токов» (БСЭ). Этими законами являются закон Ома, правила Кирхгофа и другие. Квазистационарный ток, так же как и постоянный ток, имеет одинаковую силу тока во всех сечениях неразветвлённой цепи. При расчёте цепей квазистационарного тока из-за возникающей э. д. с. индукции ёмкости и индуктивности учитываются как сосредоточенные параметры. Квазистационарными являются обычные промышленные токи, кроме токов в линиях дальних передач, в которых условие квазистационарности вдоль линии не выполняется.

Переменный ток высокой частоты — ток, в котором условие квазистационарности уже не выполняется, ток проходит по поверхности проводника, обтекая его со всех сторон. Этот эффект называется скин-эффектом.

Вихревые токи (токи Фуко)

Замкнутые электрические токи в массивном проводнике, которые возникают при изменении пронизывающего его магнитного потока», поэтому вихревые токи являются индукционными токами. Чем быстрее изменяется магнитный поток, тем сильнее вихревые токи. Вихревые токи не текут по определённым путям в проводах, а замыкаясь в проводнике образуют вихреобразные контуры.

Вихревой ток

Существование вихревых токов приводит к скин-эффекту, то есть к тому, что переменный электрический ток и магнитный поток распространяются в основном в поверхностном слое проводника. Нагрев вихревыми токами проводников приводит к потерям энергии, особенно в сердечниках катушек переменного тока.

Для уменьшения потерь энергии на вихревые токи применяют деление магнитопроводов переменного тока на отдельные пластины, изолированные друг от друга и расположенные перпендикулярно направлению вихревых токов, что ограничивает возможные контуры их путей и сильно уменьшает величину этих токов.

П

ри очень высоких частотах вместо ферромагнетиков для магнитопроводов применяют магнитодиэлектрики, в которых из-за очень большого сопротивления вихревые токи практически не возникают.

ФИЗИКА

Учебник для 7 класса

Механические явления

Механические явления — это движение тел (рис. 1.3) и действие их друг на друга, например отталкивание или притяжение. Действие тел друг на друга называют взаимо действием.

С механическими явлениями мы познакомимся подробнее уже в этом учебном году.

Рис. 1.3. Примеры механических явлений: движение и взаимодействие тел во время спортивных соревнований (а, б. в); движение Земли вокруг Солнца и ее вращение вокруг собственной оси (г)

Звуковые явления

Звуковые явления, как следует из названия, — это явления, связанные со звуком. К их числу относится, например, распространение звука в воздухе или воде, а также отражение звука от различных препятствий — скажем, гор или зданий. При отражении звука возникает знакомое многим эхо.

Тепловые явления

Тепловые явления — это нагревание и охлаждение тел, а также, например, испарение (превращение жидкости в пар) и плавление (превращение твердого тела в жидкость).

Тепловые явления чрезвычайно широко распространены: так, ими обусловлен круговорот воды в природе (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Круговорот воды в природе

Нагретая солнечными лучами вода океанов и морей испаряется. Поднимаясь, пар охлаждается, превращаясь в капельки воды или кристаллики льда. Они образуют тучи, из которых вода возвращается на Землю в виде дождя или снега

Настоящая «лаборатория» тепловых явлений — кухня: варится ли суп на плите, кипит ли вода в чайнике, замораживаются ли продукты в холодильнике — все это примеры тепловых явлений.

Тепловыми явлениями обусловлена и работа автомобильного мотора: при сгорании бензина образуется очень горячий газ, который толкает поршень (деталь мотора). А движение поршня через специальные механизмы передается колесам автомобиля.

Электрические и магнитные явления

Самый яркий (в буквальном смысле слова) пример электрического явления — молния (рис. 1.5, а). Электрическое освещение и электротранспорт (рис. 1.5, б) стали возможными благодаря использованию электрических явлений. Примеры магнитных явлений — притяжение железных и стальных предметов постоянными магнитами, а также взаимодействие постоянных магнитов.

Рис. 1.5. Электрические и магнитные явления и их использование

Стрелка компаса (рис. 1.5, в) поворачивается так, что ее «северный» конец указывает на север именно потому, что стрелка является маленьким постоянным магнитом, а Земля — огромным магнитом. Северное сияние (рис. 1.5, г) вызвано тем, что летящие из космоса электрически заряженные частицы взаимодействуют с Землей как с магнитом. Электрическими и магнитными явлениями обусловлена работа телевизоров и компьютеров (рис. 1.5, д, е).

Оптические явления

Куда бы мы ни посмотрели — мы всюду увидим оптические явления (рис. 1.6). Это явления, связанные со светом.

Пример оптического явления — отражение света различными предметами. Отраженные предметами лучи света попадают нам в глаза, благодаря чему мы видим эти предметы.

Рис. 1.6. Примеры оптических явлений: Солнце излучает свет (а); Луна отражает солнечный свет (б); особенно хорошо отражают свет зеркала (в); одно из самых красивых оптических явлений — радуга (г)

Как работает электричество, электризация

Положительный и отрицательный ионы

Как уже было отмечено, по умолчанию, атом электрически нейтрален: положительный и отрицательный заряды равны. Они компенсируют другу друга. Но, если, вдруг, представить себе, что хотя-бы один электрон покинет сове место в атоме, то суммарный положительный электрический заряд протонов превысит отрицательный заряд всех оставшихся электронов. Поэтому такой атом в целом имеет свойства положительного заряда и называется положительный ион.

Электризация

Атом, получивший дополнительный электрон, будет иметь в преобладающей степени отрицательный заряд. В этом случае атом называется отрицательный ион.

Следует заметить, что не только атом будет иметь положительный или отрицательный заряд, но и молекула, а соответственно и вещество, которое содержит данный атом.

Электризация

Электризацией называют процесс получения дополнительного электрона, либо наоборот его потерю. Если какое-либо тело имеет избыток или нехватку электронов, то есть явно выраженный заряд какого либо знака, то говорят, что тело наэлектризовано.

Опытным путем установлено, что заряды одного знака отталкиваются, а разных знаков притягиваются. Подобный опыт можно повторить следующим очень известным образом: подвесить на нити два металлических шарика, которые изначально имеют нейтральный заряд. Далее придать одному шарику положительный заряд, а второму отрицательный. В результате шарики притянутся друг к другу. Если двум шарикам сообщить заряд одного знака, то они будут отталкиваться.

Электризация трением

А вот, при натирании стеклянной палочки шелком, все происходит наоборот. Электроны поверхностного слоя стекла покидают палочку. В этом случае стеклянная палочка приобретает положительный заряд за счет перевеса суммарного заряда протонов.

Электризация металла

Если мы возьмем хорошо проводящий материал, например кусок металла, то при натирании его о диэлектрик, образовавшийся на поверхности металла заряд, мгновенно уйдет в землю через наше тело и другие предметы. Поскольку в отличии от рассматриваемых диэлектриков наше тело обладает относительно хорошей проводимостью и по нему сравнительно легко перемещаются заряды.

Опыт электризации трением не получится оценить и в том случае, когда мы возьмём два металлических предмета даже с хорошо изолированными рукоятками. При взаимном трении металл об металл, как и в предыдущих опытах возникнут свободные электроны. Однако вследствие наличия неизбежной шероховатости поверхностей, не получится одновременно по всей поверхности отделить оба металлических предмета. Так, в последней точке соприкосновения двух поверхностей электроны перетекут через так называемый «мостик» пока их количество снова не станет таким же, как и до натирания.

Статическое электричество

Итак, теперь нам известно, что при натирании рассмотренных предметов, некоторые электроны получают избыточную энергию. Затем они покидают атомы одного тела, которое становится положительно заряженным. Эти электроны занимают места на орбитах атомов другого вещества. Которое, в свою очередь, приобретает свойства отрицательного заряда. При этом одноименные заряды отталкиваются друг от друга, а разноименные – притягиваются. Силы, порождаемые зарядами, называются электрическими. А сам факт наличия электрических зарядов и их взаимодействие называют электричество.

В рассмотренных примерах получают так называемое статическое электричество.

Электрическая сила

В процессе электризации к заряженной пластмассовой палочке будут сами собой притягиваться кусочки бумаги. Почему это происходит?

Попробуем раскрыть тайну физического процесса. Она заключается в следующем. При поднесении заряженного тела к незаряженному телу под действием электрических сил происходит перемещение электронов к одному из краев тела. И этот край тела ввиду избытка электронов становится отрицательно заряженным. А противоположный край, соответственно, положительно заряженным. Средняя часть тела будет нейтрально заряженной. Таким образом, заряды смещаются по краям данного тела.

Ближе к поднесенному заряженному телу будут стремиться заряды противоположного знака. Например, если палочка заряжена положительно, то к ней притянется бумага. Той поверхностью, на которой скопились отрицательные заряды. И наоборот.

Формула закона Кулона

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий