Фізика! Яка ємність слова!
Фізика нам не просто звук!
Фізика – опора та основа
Усіх без винятку наук!
- пояснити учням механізм електризації тіл,
- розвивати дослідницькі та творчі навички,
- створити умови для підвищення інтересу до матеріалу, що вивчається,
- допомогти учням осмислити практичну значимість, корисність знань і умінь, що набувають.
Обладнання:
- електрофорна машина,
- електрометр,
- султанчики,
- ебонітові та скляні палички,
- шовкові та вовняні тканини,
- електроскоп,
- сполучні дроти, дистильована вода, парафінові кульки,
- алюмінієві та паперові циліндрики, шовкові нитки (фарбовані та нефарбовані).
На дошці: Провідники, ізолятори, смоляний та скляний заряди.
- - вплив
- - фотоефект (під впливом світла).
ХІД УРОКУ
1. Вступне слово вчителя
У повсякденному житті людина спостерігає величезну кількість явищ і, можливо, набагато більше явищ залишаються непоміченими.
Існування цих явищ "штовхає" людину на їх пошуки, відкриття та пояснення цих явищ. Таке явище, як падіння тіл на землю, у людини не викликає вже ніякого здивування. Але, слід зазначити, що земля і це тіло взаємодіють, не торкаючись одне одного. Вони взаємодіють між собою найвідомішою дією – гравітаційним тяжінням (гравітаційними полями). Ми звикли, що тіла діють одне на одного, переважно, безпосередньо. Є ще й такі явища, відомі ще давнім грекам, які щоразу викликають інтерес у дітей та дорослих. Це - електричні явища.
Приклади електричних взаємодій дуже різноманітні і не так добре знайомі нам з дитячого віку, як, наприклад, тяжіння Землі. Цей інтерес пояснюється і тим, що тут маємо великі можливості створення, зміни експериментальних умов, обходячися нескладним обладнанням.
Простежимо за перебігом виявлення та вивчення деяких явищ.
2. Історична довідка (доповідає учень)
Грецький філософ Фалес Мілетський, який жив у 624–547 роках. е., відкрив, що бурштин, потертий хутро, набуває властивість притягувати дрібні предмети – пушинки, соломинки тощо. Пізніше таке явище було названо електризацією.
У 1680 році німецький вчений Ото фон Геріке побудував першу електричну машину та відкрив існування електричних сил відштовхування та тяжіння.
Першим ученим, аргументовано відстоювали думку про існування двох видів зарядів, був француз Шарль Дюфе (1698-1739). Електрика, що з'являється при натиранні смоли, Дюфе назвав смоляною, а електрика, яка з'являється при натиранні скла – скляною. У сучасній термінології "смоляна" електрика відповідає негативним зарядам, а "скляне" позитивним. Найпереконливішим опонентом теорії існування двох видів зарядів був знаменитий американець Бенджамін Франклін (1706 – 1790). Він уперше ввів поняття про позитивні та негативні заряди. Наявність цих зарядів у тіл він пояснив надлишком чи недоліком у тілах якоїсь загальної електричної матерії. Це особлива матерія, згодом названа "флюїдом Франкліна", на його думку, мала позитивний заряд. Таким чином, при електризації тіло або набуває, або втрачає позитивні заряди. Неважко здогадатися, що Франклін переплутав позитивні заряди з негативними та тіла обмінюються електронами (які несуть негативний заряд). Багато в чому завдяки цьому факту згодом помилково за напрямок струму в металах було прийнято напрямок руху позитивного заряду.
Англієць Роберт Сіммер (1707 – 1763), звернув увагу на незвичайну поведінку своїх вовняних та шовкових панчох. Він носив дві пари панчіх: чорні вовняні для тепла та білі шовкові для краси. Знімаючи з ноги відразу обидві панчохи і висмикуючи один з одного, він спостерігав, як обидві панчохи роздуваються, набираючи форми ноги і притягуючись один до одного. Однак панчохи однакового кольору відштовхувалися, а різні кольори притягувалися. Грунтуючись на своїх спостереженнях, Сімер став завзятим прихильником теорії двох зарядів, за що був прозваний "роздутим філософом".
Висловлюючись сучасною мовою, його шовкові панчохи мали негативні, а вовняні – заряди позитивні.
3. Явище електризації тіл
Вчитель:Яке тіло називається зарядженим?
Учень:Якщо тіло може притягувати або відштовхувати інші тіла, воно має електричний заряд. Про таке тіло кажуть, що воно заряджено. Заряд – властивість тіл, – здатність до електромагнітної взаємодії.
(Демонстрація дії зарядженого тіла).
Вчитель:Що називається електроскопом?
Учень:Прилад, який дозволяє виявити наявність у тіла заряду та оцінити його, називається електроскопом.
Вчитель:Як влаштований та працює електроскоп?
Учень:Основною частиною електроскопа є ізольований стрижень, на якому закріплюється стрілка, здатна вільно обертатися. З появою заряду стрілка і стрижень заряджаються зарядами одного знака і тому, відштовхуючись, створюють кут відхилення, значення якого пропорційно отриманому заряду.
(Демонстрація роботи приладу).
Вчитель:Електризація тіл може відбуватися у різних випадках, тобто. існують різні способи електризації тіл:
- тертям,
- ударом,
- дотиком,
- впливом,
- під впливом світлової енергії.
Розглянемо деякі з них.
Учень: Якщо потерти ебонітову паличку об шерсть, то ебоніт отримає негативний заряд, а шерсть – позитивний заряд. Наявність цих зарядів можна знайти з допомогою електроскопа. Для цього треба торкнутися стрижня електроскопа ебонітовою паличкою або вовняною ганчіркою. При цьому частина заряду випробуваного тіла переходить до стрижня. До речі, у разі відбувається короткочасний електричний струм. Розглянемо взаємодію двох паперових підвішених на нитці гільз, заряджених один – від ебонітової палички, інший – від вовняної ганчірочки. Зауважимо, що вони притягуються одна до одної. Отже, тіла з різноїменними зарядами притягуються. Не кожну речовину може передати електричні заряди. Речовини, якими можуть передаватися заряди, називають провідниками, а речовини, якими заряди не передаються, називають непровідниками – діелектриками (ізоляторами). Це можна з'ясувати також за допомогою електроскопа, з'єднуючи його із зарядженим тілом, речовинами різного роду.
Біла шовкова нитка не проводить заряду, а фарбована шовкова нитка проводить. (Мал. А)
Біла шовкова нитка Фарбована шовкова нитка
Поділ зарядів та виникнення подвійного електричного шару в місцях їхнього дотику, будь-яких двох різних тіл, ізоляторів або провідників, твердих тіл, рідин або газів. Описуючи електризацію тертям, ми завжди брали для досвіду лише добрі ізолятори – бурштин, скло, шовк, ебоніт. Чому? Тому що в ізоляторах заряд залишається на тому місці, де він виник і не може через всю поверхню тіла перейти на інші ті, що стикаються з ним. Досвід не вдається, якщо обидва тіла, що труться, будуть металами з ізольованими ручками, так як ми не можемо відокремити їх один від одного відразу по всій поверхні.
Внаслідок неминучої шорсткості поверхні тіл, у момент відриву завжди залишаються якісь останні точки дотику – "містки", через які в останній момент збігають усі надлишкові електрони та обидва метали виявляються не зарядженими.
Вчитель: Тепер розглянемо електризацію дотиком.
Учень: Якщо ми зануримо кульку з парафіну в дистильовану воду і потім виймемо з води, то і парафін, і вода виявляться зарядженими. (Мал.B)
Електризація води та парафіну відбулася без жодного тертя. Чому? Виявляється, що при електризації тертям ми лише збільшуємо площу зіткнення і зменшуємо відстань між атомами тіл, що труться. Що стосується вода – парафін всякі шорсткості не заважають зближенню їх атомів.
Отже, тертя не є обов'язковою умовою для електризації тіл. Існує інша причина, через яку відбувається електризація в цих випадках.
Учень: На електризації тіла через вплив ґрунтується робота електрофорної машини. Наелектризоване тіло може взаємодіяти з будь-яким електрично нейтральним провідником. При зближенні цих тіл за рахунок електричного поля зарядженого тіла у другому тілі відбувається перерозподіл зарядів. Ближче до зарядженого тіла розташовуються заряди за знаком протилежні зарядженому тілу. Далі від зарядженого тіла у провіднику (гільза або циліндр) розташовуються однойменні із зарядженим тілом заряди.
Так як відстань до позитивних і негативних зарядів у циліндрі від кулі різна, то переважають сили тяжіння і циліндр відхиляється у бік наелектризованого тіла. Якщо ж далекої сторони тіла від зарядженої кулі торкнутися рукою, то тіло стрибне до зарядженої кулі. Це відбувається через те, що при цьому електрони перескакують до руки, зменшуючи цим сили відштовхування. Рис. D.
Вчитель: Як довго збережеться таке становище? (Мал.D)
Учень: Через кілька секунд відбудеться розподіл зарядів і циліндр відірветься від кулі. Характер надалі залежатиме від значення суми їх зарядів. Якщо їхня сума дорівнює нулю, то їх сили взаємодії дорівнюють нулю. Якщо Fp< 0, то они оттолкнутся друг от друга, но на меньший угол .
Вчитель: Розглянемо електризацію тіл під впливом світлової енергії (фотоефект).
Учень:Направимо на цинковий диск (пластину) прикріплену до електрометра сильний світловий промінь. Під впливом світлової енергії з пластини вилітає кілька електронів. Сама пластина виявляється зарядженим позитивно. Про величину цього заряду можна судити з кутку відхилення стрілки електрометра. (Мал. Е)
Вчитель: Ми переконалися, що при зменшенні відстані між атомами явище електризації відбувається ефективніше. Чому?
Учень: Тому що при цьому збільшуються кулонівські сили тяжіння між ядром атома та електроном сусіднього атома.
Перескакує той електрон, який слабко пов'язаний із своїм ядром.
Вчитель: Розглянемо, як розташовуються хімічні елементи в періодичній системі хімічних елементів.
Учень: Існує близько 500 форм Періодичної системи хімічних елементів. З них в одній, 18-клітинній, елементи розміщені відповідно до будови електронних оболонок їх атомів та наведено у довіднику із загальної та неорганічної хімії Н.Ф.Стась.
З періодичним законом узгоджуються властивості та характеристики атомів, у тому числі електронегативність та валентність елементів.
Радіуси атомів та іонів у періодах зменшуються, т.к. електронна оболонка атома або іона кожного наступного елементів у періоді порівняно з попереднім ущільнюється через збільшення заряду ядра та збільшення тяжіння електронів до ядра.
Радіуси у групах збільшуються, т.к. атом (іон) кожного елемента відрізняється від вищестоящого появою нового електронного шару. При перетворенні атома на катіон (позитивний іон) атомні радіуси різко зменшуються, а при перетворенні атома на аніон (негативний іон) атомні радіуси майже не змінюються.
Енергія, що витрачається на відрив електрона від атома і перетворення на позитивний іон називається іонізацією. Напруга, за якої відбувається іонізація, називають іонізаційним потенціалом.
Іонізаційний потенціал – фізична характеристика, є показником металевих властивостей елемента: що він менше, то легше відривається електрон від атома і тим більше виражені металеві (відновлювальні) властивості елемента.
Таблиця 1. Потенціали іонізації атомів (еВ/атом) елементів другого періоду
| Елемент | J 1 | J 2 | J 3 | J 4 | J 5 | J 6 | J 7 | J 8 |
| Літій | 5,39 | 75,6 | 122,4 | --- | --- | --- | --- | --- |
| Берилій | 9,32 | 18,2 | 158,3 | 217,7 | --- | --- | --- | --- |
| Бор | 8,30 | 25,1 | 37,9 | 259,3 | 340,1 | --- | --- | --- |
| Вуглець | 11,26 | 24,4 | 47,9 | 64,5 | 392,0 | 489,8 | --- | --- |
| Азот | 14,53 | 29,6 | 47,5 | 77,4 | 97,9 | 551,9 | 666,8 | --- |
| Кисень | 13,60 | 35,1 | 54,9 | 77,4 | 113,9 | 138,1 | 739,1 | 871,1 |
| Фтор | 17,40 | 35,0 | 62,7 | 87,2 | 114,2 | 157,1 | 185,1 | 953,6 |
| Неон | 21,60 | 41,1 | 63,0 | 97,0 | 126,3 | 157,9 |
Вчитель: Існує таке поняття, як електронегативність, що грає визначальну роль при електризації тіл. Від нього залежить знак заряду, що отримується елементом при електризації. Електронегативність – що це таке?
Учень:Електронегативністю називається властивість хімічного елемента притягувати до свого атома електрони від атомів інших елементів, із якими елемент утворює хімічний зв'язок у сполуках.
Електронегативність елементів визначали багато вчених: Полінг, Олред та Рохов. Вони дійшли висновку, що електронегативність елементів у періодах збільшується, а в групах зменшується подібно до іонізаційних потенціалів. Чим менше значення іонізаційного потенціалу, тим більша ймовірність втрати електрона та перетворення на позитивний іон або позитивно зарядженого тіла, якщо тіло однорідне.
Таблиця 2. Відносна електронегативність (ЕО) елементів першого, другого та третього періодів.
| Елемент | ЕО | Елемент | ЕО | Елемент | ЕО | |||
| По Полінгу | За Олредом-Роховим | По Полінгу | За Олредом-Роховим | По Полінгу | За Олредом-Роховим | |||
| H | 2,1 | 2,20 | Li | 1,0 | 0,97 | Na | 0,9 | 1,01 |
| Be | 1,5 | 1,17 | Mg | 1,2 | 1,23 | |||
| B | 2,0 | 2,07 | Al | 1,5 | 1,47 | |||
| C | 2,5 | 2,50 | Si | 1,8 | 1,74 | |||
| N | 3,0 | 3,07 | P | 2,1 | 2,06 | |||
| O | 3,5 | 3,50 | S | 2,5 | 2,44 | |||
| F | 4,0 | 4,10 | Cl | 3,0 | 2,83 | |||
Вчитель:З усього цього можна зробити такий висновок: якщо взаємодіють два однорідні елементи з однакового періоду, то заздалегідь можна сказати, що з них виявиться зарядженим позитивно, а який негативно.
Речовина, атом якої має більшу валентність (більше номер групи) стосовно атома іншої речовини, виявиться зарядженим негативно, а друга речовина позитивна.
Якщо взаємодіють однорідні речовини з однієї групи, то речовина з меншим номером періоду або ряду виявиться зарядженим негативно, а друге тіло, що взаємодіє, – позитивно.
Вчитель:На цьому уроці спробували розкрити механізм електризації тіл. Ми з'ясували, чому тіло після електризації отримує заряд того чи іншого знака, тобто. відповіли на головне запитання – чому? (як, наприклад, розділ механіки "Динаміка" відповідає питанням: чому?)
Тепер перерахуємо позитивні та негативні значення електризації тіл.
Учень:Статична електрика може мати негативний вплив:
Притягнення волосся до гребінця;
Відштовхування волосся один від одного, подібно до зарядженого султанчика;
Прилипання до одягу різних дрібних предметів;
На ткацьких фабриках прилипання ниток до бобін, що веде до частих урвищ.
Накопичені заряди можуть викликати електричні розряди, які можуть мати різні наслідки:
Блискавка (призводить до пожеж);
Розряд у бензовозі призведе до вибуху;
При заправці горючою сумішшю будь-який розряд може призвести до вибуху.
Щоб зняти статичну електрику, заземлюють усі пристрої та обладнання та навіть бензовоз. Використовують спеціальну речовину антистатик.
Учень:Статична електрика може принести користь:
При фарбуванні дрібних деталей фарборозпилювачем, фарбу та тіло заряджають протилежними зарядами, що призводить до великої економії фарби;
З лікувальною метою використовують статичний душ;
Для очищення повітря від пилу, сажі, кислотних та лужних пар використовуються електростатичні фільтри;
Для копчення риби у спеціальних електромерах (риба заряджається позитивно, а електроди негативно, копчення в електричному полі відбувається у десятки разів швидше).
Підбиття підсумків заняття.
Вчитель:Згадаймо мету нашого заняття і зробимо короткі висновки.
- Що було на уроці новим?
- Що було цікаво?
- Що на уроці було важливим?
Висновки учнів:
- Явища, у яких тіла набувають властивостей притягувати інші тіла, називають електризацією.
- Електризація може відбуватися зіткненням через вплив при опроміненні світлом.
- Речовини бувають: електронегативні та електропозитивні.
- Знаючи належність речовин, можна передбачити які заряди отримають ті тіла, що взаємодіють.
- Тертя лише збільшує площу дотику.
- Речовини бувають провідниками та непровідниками електрики.
- Ізолятори накопичують заряди там, де вони утворилися (у місцях зіткнення).
- У провідниках заряди розподіляються рівномірно у всьому обсязі.
Обговорення та виставлення оцінок учасникам уроку.
Література.
- Г.С.Ландсберг. Елементарний підручник з фізики. Т.2. - М., 1973.
- Н.Ф.Стась. Довідник із загальної та неорганічної хімії.
- І.Г.Киріллова. Книжка для читання з фізики. М., 1986.
Ще в давнину було відомо, що якщо потерти бурштин про шерсть, він починає притягувати до себе легкі предмети. Пізніше це властивість виявили в інших речовин (скло, ебоніт та інших.). Це явище називають електризацією, а тіла, здатні притягувати себе після натирання інші предмети, наэлектризованными. Явище електризації пояснювалося виходячи з гіпотези про існування зарядів, які набуває наэлектризованное тіло.
Прості досліди з електризації різних тіл ілюструють такі положення.
- Заряди існують двох видів: позитивні (+) та негативні (-). Позитивний заряд виникає при терті скла про шкіру або шовк, а негативний $-$ при терті бурштину (або ебоніту) про шерсть.
- Заряди (чи заряджені тіла) взаємодіють друг з одним. Одноіменні заряди відштовхуються, різноіменні $-$ притягуються.
Стан електризації можна передати від одного тіла до іншого, що пов'язане із перенесенням електричного заряду. У цьому тілу можна передати більший чи менший заряд, т. е. заряд має величину. При електризації тертям заряд набувають обидва тіла, причому одне $-$ позитивний, а інше $-$ негативний. Слід наголосити, що абсолютні величини зарядів наелектризованих тертям тіл рівні, що підтверджується численними експериментами.
Пояснити, чому тіла електризуються (тобто заряджаються) при терті, стало можливим після відкриття електрона та вивчення будови атома. Як відомо, всі речовини складаються з атомів, які, у свою чергу, складаються з елементарних частинок $-$ негативно заряджених електронів, позитивно заряджених протонів та нейтральних частинок $-$ нейтронів. Електрони та протони є носіями елементарних (мінімальних) електричних зарядів. Протони і нейтрони (нуклони) становлять позитивно заряджене ядро атома, навколо якого обертаються негативно заряджені електрони, число яких дорівнює числу протонів, тому атом в цілому електронейтральний. У звичайних умовах тіла, що складаються з атомів (або молекул), електрично нейтральні. Однак у процесі тертя частина електронів, що залишили атоми, може перейти з одного тіла на інше. Переміщення електронів при цьому не перевищує межатомних відстаней. Але якщо після тертя тіла роз'єднати, то вони виявляться зарядженими: тіло, яке віддало частину своїх електронів, буде заряджено позитивно, а тіло, яке їх набуло, $-$ негативне.
Отже, тіла електризуються, тобто отримують електричний заряд, коли вони втрачають або здобувають електрони. У деяких випадках електризація обумовлена переміщенням іонів. Нові електричні заряди у своїй не виникають. Відбувається лише поділ наявних зарядів між тілами, що електризуються: частина негативних зарядів переходить з одного тіла на інше.
Білет 7. Електризація тел. Досліди, що ілюструють явище електризації. Два роди електричних зарядів. Взаємодія зарядів. Електричне поле. Пояснення електричних явищ. Провідники та непровідники електрики.
Наелектризованное тіло набуває властивість притягувати себе дрібні предмети. Наприклад, якщо потерти скляну паличку об аркуш паперу, а потім піднести її до дрібно нарізаних листочків паперу, вони почнуть притягуватися.
Про тіло, яке має таку властивість, кажуть, що воно наелектризованоабо що йому повідомлено електричний заряд.
Електризація- Це явище придбання тілом заряду.
Заряди бувають позитивними та негативними. Одноіменні заряди відштовхуються, різноіменні притягуються.
Уявлення про позитивний і негативний заряд було введено в 1747 Франкліном. Ебонітова паличка від електризації про шерсть та хутро заряджається негативно. Заряд, який утворюється на скляній паличці, потертій об шовк, Франклін назвав позитивним
Заряд – фізична величина, міра властивостей заряджених тіл взаємодіяти один з одним..
q - заряд
[q]=Кл
Види електризації:
1) електризація тертям: беруть участь різнорідні тіла. Тіла набувають однакових за модулем, але різні за знаком заряди.
2) електризація дотиком: при зіткненні зарядженого та незарядженого тіла частина заряду переходить на незаряджене тіло, тобто обидва тіла набувають однакового за знаком заряду.
3) електризація через вплив: при електризації через вплив можна отримати за допомогою позитивного заряду на тілі негативний і навпаки.
Прилад вимірювання величини заряду - электрометр. Прилад визначення наявності заряду - электроскоп.
Вивченням взаємодії електричних зарядів займалися англійські фізики Майкл Фарадей та Джеймс Максвелл. Якщо помістити заряджений електроскоп під дзвін повітряного насоса, то листочки електроскопа, як і раніше, відштовхуються один від одного. (З-під дзвона повітря відкачано.) В результаті встановлено, що будь-яке заряджене тіло оточене електричним полем.
Електричне поле- це особливий вид матерії, який відрізняється від речовини. Електричне поле - особливий вид матерії, що існує навколо заряджених тіл і виявляє себе у взаємодії коїться з іншими зарядженими тілами.
Наші органи чуття не сприймають електричне поле. Виявити поле можна завдяки тому, що воно діє на будь-який заряд, що знаходиться в ньому. Саме цим і пояснюється взаємодія наелектризованих тіл.
Сила, з якою електричне поле діє на внесений до нього електричний заряд, називається електричною силою. Електричне поле, що оточує один із зарядів, діє з деякою силою на інший заряд, поміщений у полі першого заряду. І навпаки, електричне поле другого заряду діє перший.
Провідники- Це тіла, здатні проводити електричні заряди. До них відносяться всі метали, рідини (розчини солей та лугів).
Діелектрики- Це речовини, що не проводять електричні заряди. До них відносяться: дистильована вода, пластмаса, гума, дерево, скло, папір, бетон, каміння тощо.
1) При електризації тіл виконується закон збереження електричного заряду. Алгебраїчна сума електричних зарядів залишається постійною за будь-яких взаємодій у замкнутій системі, тобто q1 + q2 + q3 + … + qп = const, замкненою вважають систему, в яку ззовні не входять і не виходять назовні електричні заряди. Якщо ж нейтральне тіло придбає електрони від якогось іншого тіла, воно отримає негативний заряд. Таким чином, тіло заряджено негативно в тому випадку, якщо воно має надлишкове, порівняно з нормальним числом електронів. А якщо нейтральне тіло втрачає електрони, воно отримує позитивний заряд. Отже, тіло має позитивний заряд, якщо у нього недостатньо електронів.
2) пояснення електризації тертя: при терті електрони з одного тіла переходять на інше. Там, де електронів більше, тіло заряджається негативно, де менше – позитивно.
3) В атомах електрони знаходяться на різних відстанях від ядра, віддалені електрони слабше притягуються до ядра, ніж ближні. Особливо слабко утримуються віддалені електрони ядрами металів. Тому в металах електрони, найвіддаленіші від ядра, залишають своє місце і вільно рухаються між атомами. Ці електрони називають вільними електронами. Ті речовини, у яких є вільні електрони, є провідниками.
4) У гільзі є вільні електрони. Як тільки гільза буде внесена в електричне поле, електрони почнуть рухатися під дією сил поля. Якщо паличка заряджена позитивно, то електрони перейдуть на той кінець гільзи, розташований ближче до палички. Цей кінець зарядиться негативно. На протилежному кінці гільзи буде нестача електронів, і цей кінець виявиться позитивно зарядженим. Негативно заряджений край гільзи ближче до палички, тому гільза притягнеться до неї. Коли гільза торкнеться палички, частина електронів з неї перейде на позитивно заряджену паличку. На гільзі залишиться позитивний заряд.
5) Якщо заряд передають від зарядженої кулі до незарядженої, і розміри куль однакові, то заряд розділиться навпіл. Але якщо друга, незаряджена куля більша, ніж перша, то на неї перейде більше половини заряду. Що більше тіло, якому передають заряд, то більша частина заряду на нього перейде. У цьому грунтується заземлення - передача заряду землі. Земна куля велика в порівнянні з тілами, що знаходяться на ньому. Тому при зіткненні із землею заряджене тіло віддає їй майже весь свій заряд і практично стає електрично нейтральним.
Електризація тіл
Повторно-узагальнюючий урок
з виконанням експериментальних завдань за картками
8-й КЛАС БАЗОВИЙ КУРС
Завдання уроку: продовжити розвиток умінь спостерігати фізичні явища, перевіряти теоретичні становища з допомогою експерименту, користуватися приладами; забезпечити можливість виконання експериментів з урахуванням рівня розвитку кожного учня (диференційований підхід при складанні індивідуальних карток-завдань); показати учням спосіб очищення повітря від шкідливих домішок, акцентувати увагу на необхідності дотримання техніки безпеки для запобігання пожежам та аваріям на виробництві та в побуті.
План уроку (на дошці)
1. Виконання експериментальних завдань за картками.
2. Обговорення результатів експериментів з основних питань:
електризація, способи електризації тіл;
два роди зарядів, взаємодія зарядів;
електричне поле.
3. Пояснення. Статична електрика, її використання та боротьба з ним.
Хід уроку
Наш урок я хотіла б почати з уривка з вірша Єлизавети Кульман «Блискавка»:
- Зі мною хтось порівняється?
– Я! – Дуб сказав могутній,
Змахнувши вершиною гордою.
З хмар зловісних
Летючою змією
Раптом Блискавка блиснула
І міцний Дуб зламала,
Як би дитя, граючи,
Квітки зігнуло стебло.
- Зі мною хтось порівняється?
– Я! - прозвучала Вежа,
Чиє золоте тім'я
Пожежею гордо блищить,
Коли не покривають
Його, як флер, хмари.
Але небеса відкрилися
Для Блискавки гримучої.
Летить страшним драконом
З сяючою пащею;
Мить - і не стало
Глави у гордої Башти,
Лише чорними струмками
Вниз по стінах стікає
Розплавлене золото.
- Ні. Мені ніхто не дорівнює! -
Сказала і стрілою
Нирнула в хвилі моря,
Де щойно пихато
Корабель військовий мчав.
У хвилину з тріском
Залишки, що горять
На повітря розкидало.
Потім знову все у морі
Впало, потонуло,
І чудового будови
Ніби не бувало...
Блискавка - це величне і грізне явище природи, що мимоволі викликає у нас почуття страху. Довгий час людина не вміла пояснювати причини грозових явищ. Люди вважали грозу діянням богів, котрі карають людини за гріхи. Природа блискавки стала прояснятися після досліджень, проведених у XVIII столітті російськими вченими М.В.Ломоносовим та Г.Ріхманом та американським ученим Б.Франкліном.
Пояснення М.В.Ломоносова було таким. У земній атмосфері повітря перебуває у постійному русі. Завдяки тертю висхідних і низхідних повітряних потоків один про одного частинки повітря електризуються і, зіштовхуючись із крапельками води у хмарах, віддають їм свій заряд. Таким чином, у хмарах з часом накопичуються дуже великі заряди. Вони і є причиною блискавок.
Ми постійно знаходимося в океані електричних розрядів, створюваних численними машинами, верстатами та самою людиною (наприклад, коли ми ходимо, зачісуємось). Ці розряди, звичайно, не такі потужні, як природні блискавки, тому ми зазвичай не помічаємо їх, якщо не рахувати легких уколів, які ми іноді відчуваємо, торкнувшись рукою металевого предмета або іншої людини. Але такі розряди існують і можуть так само, як і великі блискавки, викликати пожежі і вибухи, призводити до значних збитків, пошкоджень і каліцтв, якщо ми не знатимемо, чому вони виникають і як від них захищатися.
На сьогоднішньому уроці ми не тільки закріпимо знання, які отримали при вивченні тем «Електризація тіл», «Будова атома», а й розглянемо низку інших питань. Наприклад, як боротися на виробництві та у побуті зі статичними зарядами? Чи не можна змусити їх працювати на користь людям?
Приступаємо до виконання експериментальних завдань. Необхідне обладнання та картки-завдання знаходяться на ваших столах (за кожним столом сидять двоє учнів). Для виконання кожної серії експериментів, а їх буде три, вам відводиться 7-10 хвилин.
Перша серія експериментів
Електризація. Способи електризації тіл
1 Дослідження електризації різних тіл
Прилади та матеріали:поліетиленова плівка, паперова смужка, шматок ацетатного шовку, пластмасова ручка, штатив, нитка, олівець.
Порядок виконання роботи
1. Підвішуйте олівець на двох нитках до лапки штатива.
2. Покладіть поліетиленову плівку на стіл та натріть її шматком ацетатного шовку. Піднесіть поліетилен та шовк по черзі до кінця підвішеного олівця. Що ви при цьому спостерігаєте?
3. Виконайте подібні досліди з пластмасовою ручкою, лінійкою, папером, натираючи їх про поліетилен або шовк.
4. Покладіть на паперову смужку поліетиленову плівку і притисніть їх один до одного рукою. Розведіть смужки та наблизьте їх один до одного. Чи взаємодіють вони між собою?
5. Дайте відповідь на запитання:
а) Як можна наелектризувати тіло?
б) Чи обидва тіла електризуються при зіткненні?
в) Як виявити електризацію тіла?
2 Спостереження електризації при дотику двох різнорідних тіл (гуми та повітря, що рухається)
Прилади та матеріали:товстостінна гумова трубка, насос, електрометр.
Порядок виконання роботи
1. Надягніть гумову трубку на штуцер насоса і зробіть 10–15 різких хитків, намагаючись не торкатися трубки руками.
2. Піднесіть трубку з насосом до кулі електрометра.
3. Спостерігайте відхилення стрілки електрометра.
5. Подумайте, де ми можемо зустрітися з подібним явищем.
Коментарі вчителя
(після аналізу досвіду).
Аналогічне явище спостерігається при перекачуванні через шланги різних газів, рідин, особливо нафтопродуктів – бензину, гасу тощо. Послухайте нотатку з газети:
«Було вже за північ, коли робітник Камбарської перевалочної нафтобази І.Третьяков, заправивши вісім цистерн авіаційним бензином, перевів наливний шланг у чергову порожню ємність. Щойно шланг торкнувся горловини цистерни, як високо вгору піднявся 15-метровий оранжево-яскравий стовп вогню. Потужною вибуховою хвилею Третьякова відкинуло далеко від цистерн. Вибух стався внаслідок зіткнення наконечника шланга зі стінкою цистерни і розряду статичної електрики, що утворився при цьому...»
3 Спостереження електризації піску та вирви як двох різнорідних тіл у процесі дотику
Прилади та матеріали: пластмасова вирва, штатив, електрометр.
Порядок виконання роботи
1. Візьміть пластмасову вирву і закріпіть її в лапці штатива над кулею електрометра.
2. Ссипте на край вирви сухий річковий пісок так, щоб він скочувався по вирві в шар електрометра. 3. Спостерігайте відхилення стрілки електрометра.
4. Спробуйте пояснити явище, що спостерігається.
5. Подумайте, де практично ми можемо зустрітися з подібними явищами.
Коментарі вчителя(після аналізу досвіду).
Послухайте нотатку з журналу: «Коли шофер переливав із відра через пластмасову вирву бензин у паливний бак мотоцикла, несподівано між краєм вирви та відром проскочила іскра, а потім із горловини бака виник факел запаленого бензину. Джерелом займання бензино-повітряної суміші став розряд статичної електрики».
Для запобігання подібним розрядам при зберіганні, транспортуванні та заправці пального рекомендується застосовувати тільки металеві відра, каністри та воронки та не використовувати пластмасові ємності.
4 Електризація. Методи електризації тел. Спостереження електризації паперу під час руху по ньому гумового валика
Прилади та матеріали:суха скляна пластина (текстоліт, ебоніт), аркуш паперу, гумовий валик, електрометр.
Порядок виконання роботи
1. Покладіть на скляну пластину аркуш паперу.
2. Проведіть кілька разів по паперу гумовим валиком, щільно притискаючи його до аркуша під час руху.
3. Піднесіть аркуш паперу до кулі електрометра та спостерігайте відхилення його стрілки.
4. Те саме проробіть з гумовим валиком.
5. Спробуйте пояснити явище, що спостерігається.
6. Подумайте, де практично ми можемо зустрітися з подібними явищами.
Коментарі вчителя
(після аналізу досвіду).
Цей досвід показує, як відбувається електризація паперу в друкарських машинах (гумовий валик відіграє роль циліндрів цієї машини). На одному з целюлозно-паперових комбінатів деякий час не могли встановити причину частих обривів паперової стрічки, що швидко рухається. Було запрошено вчених. Вони з'ясували, що причина полягала в електризації стрічки при терті її обвалки. Така мимовільна електризація надзвичайно небезпечна, т.к. може спричинити пожежу.
Перш ніж переходити до обговорення другої серії експериментальних завдань, дайте відповідь на запитання:
Коли тіло можна сказати, що воно наелектризовано або що йому повідомлено електричний заряд? (Відповіді учнів.)
Який висновок можна зробити з першої серії дослідів? (Наелектризувати можна практично всі тіла; наелектризоване тіло взаємодіє з будь-яким тілом.)
Переходимо до дослідів.
Друга серія експериментів
Два роди зарядів. Взаємодія зарядів
5 Дослідження електризації різних тіл
Прилади та матеріали: паперова гільза на шовковій нитці, підвішена на штативі, вимірювальна лінійка довжиною 30 см з оргскла з міліметровими поділками, гумова смужка розміром 300 ґ 300 мм, паперова смужка розміром 30 ґ 300 мм, шматок кап.
Порядок виконання роботи
1. Наелектризуйте тертям, притисканням, ударами один про одного гумову смужку та лінійку з оргскла. (Оргскло при взаємодії з гумою заряджається позитивно.)
2. Зарядіть паперову гільзу, що висить на нитці за допомогою зарядженої лінійки.
3. Підносите заряджену лінійку та гумову смужку по черзі до зарядженої гільзи, не торкаючись її, та спостерігайте їхню взаємодію. Якими зарядами заряджені гільза та гумова смужка?
4. Визначте за допомогою зарядженої гільзи знаки зарядів у запропонованих вам тіл після їх електризації одна про одну. Результати зведіть у таблицю:
Електризовані тіла
Про оргскло
Про гуму
Про поліетилен
Про папір
Про капрон
Оргскло
0
+
Гума
-
0
Поліетилен
0
Папір
0
Капрон
0
6 Вивчення взаємодії заряджених тел. Два роди зарядів
Прилади та матеріали:поліетиленова плівка, паперова смужка, пластмасова ручка, штатив.
Порядок виконання роботи
1. Маленький шматочок поліетиленової плівки підвісьте на нитки до лапки штатива і потріть обережно (щоб не порвалася нитка) шматочком паперу.
2. Наелектризуйте паперову та поліетиленову смужки. Для цього на паперову смужку покладіть поліетиленову плівку та розгладьте рукою. Підніміть смужки за кінці, розведіть їх та повільно піднесіть один до одного. Як вони взаємодіють?
3. Піднесіть по черзі паперову та поліетиленову смужки до плівки, що висить на нитці, та спостерігайте їхню взаємодію.
4. Дайте відповідь на запитання:
Як взаємодіє кожна смужка із плівкою?
Як можна пояснити різницю взаємодії?
Які два роди зарядів існують у природі?
Як взаємодіють однойменно заряджені тіла?
Як взаємодіють різноіменно заряджені тіла?
5. Піднесіть до зарядженої поліетиленової плівки, що висить на нитці, пластмасову ручку, натерту спочатку об папір, а потім про поліетилен. Чи однакові по знаку заряди виникали на пластмасовій ручці в обох випадках?
7 Два роди зарядів. Взаємодія зарядів. Взаємодія двох заряджених тіл
Прилади та матеріали:дві дитячі повітряні кульки, газета, скляна паличка, шматочок шовкової тканини (паперу).
Порядок виконання роботи
1. Наелектризуйте кульки тертям про газету (по черзі).
2. Підвісьте їх на довгих нитках поряд.
3. Спостерігайте відштовхування кульок.
4. Поясніть явища, що спостерігаються.
5. Подумайте, як, маючи у своєму розпорядженні скляну паличку та шматочок шовкової тканини (паперу), визначити знак заряду на кульці. Зробіть досвід, що підтверджує ваше припущення.
6. Поясніть результати досвіду.
Які висновки можна зробити із другої серії експериментів?
У природі є два види електричних зарядів.
Одноіменні заряди взаємно відштовхуються, а різноіменні притягуються.
Те саме при електризації може зарядитися в одному випадку позитивно, а в іншому – негативно, залежно від речовини тіла, з яким воно стикається.
Переходимо до третьої, останньої серії дослідів.
Третя серія експериментів
Електричне поле
8 Вивчення залежності сили взаємодії заряджених тіл від абсолютного значення зарядів та відстані між ними
Прилади та матеріали:поліетиленові плівки (2 шт.), Паперова смужка.
Порядок виконання роботи
1. Покладіть дві поліетиленові плівки поряд на стіл (паралельно один одному) та проведіть по них один раз рукою. Підніміть плівки за кінці, розведіть їх і, повільно зближуючи, спостерігайте їхню взаємодію.
2. Повторіть досвід із цими ж плівками, натерши їх рукою. Як змінилася сила взаємодії плівок?
3. Виконайте аналогічні досліди з поліетиленовою плівкою та паперовою смужкою. Для їх електризації покладіть на паперову смужку поліетиленову плівку і потріть їх рукою (вперше – трохи, вдруге – сильніше). Щоразу розводьте смужки і, повільно підносячи один до одного, спостерігайте за їхньою взаємодією.
4. Дайте відповідь на запитання:
За якою ознакою ви судите про силу взаємодії заряджених тіл?
Як взаємодіють заряджені поліетилен із поліетиленом та поліетилен із папером?
Чи на обидва заряджені тіла діє електрична сила?
Від чого залежить сила взаємодії заряджених тіл?
Як залежить сила взаємодії заряджених тіл від значення зарядів та відстані між ними?
9 Спостереження ширяння зарядженої пушинки в електричному полі
Прилади та матеріали: пластмасова лінійка, грудочку вати.
Порядок виконання роботи
1. Покладіть пластмасову лінійку на стіл та натріть її папером.
2. Розпушіть дуже маленьку грудочку вати і покладіть на лінійку.
3. Підніміть електризовану лінійку і легенько здуйте з неї пушинку вгору.
4. Помістіть швидко лінійку знизу пушинки та спостерігайте за її ширянням в електричному полі зарядженої лінійки. (Якщо пушинка прилипне до лінійки, здуйте її і знову повторіть досвід, поки не досягнете ширяння пушинки.)
5. Дайте відповідь на запитання:
Який заряд отримала пушинка щодо заряду лінійки – однойменний чи різноіменний?
Які сили діють на пушинку під час її ширяння?
Чому пушинка не падає в електричному полі?
Коментар вчителя
(після аналізу досвіду).
Цей досвід показує можливість урівноваження сили тяжіння, що діє на тіло, силою електричного поля. Заряджена вата, що плаває в електричному полі лінійки, грає роль крапельки олії (або порошинки цинку) у дослідах Іоффе та Міллікена.
10 Досвід захисту від електричних полів
Прилади та матеріали:електрометр, пластина з оргскла, штатив, металева склянка (з фольги), пластмасова склянка, шматочки вовняної матерії.
Порядок виконання роботи
1. Наелектризуйте пластину і закріпіть її в лапці штатива вище електрометра, але трохи осторонь, на невеликій відстані.
2. Спостерігайте відхилення стрілки електрометра.
3. На кулю електрометра надягніть металеву склянку. (Увага! Рука експериментатора повинна бути ізольована від склянки.) Спостерігайте повернення стрілки електрометра в нульове положення.
4. Зніміть склянку. Стрілка має прийняти початкове становище.
5. Надягніть на кулю електрометра пластмасову склянку. Спостерігайте зменшення кута відхилення стрілки електрометра.
6. Зніміть склянку та спостерігайте повернення стрілки електрометра у початкове положення.
7. Спробуйте пояснити явища, що спостерігаються.
Коментар вчителя(після аналізу досвіду).
Досвід доводить, що усередині металевого тіла поле відсутнє.
Які висновки можна зробити з третьої серії дослідів?
У просторі, де знаходиться електричний заряд, існує електричне поле, і його дія поблизу заряджених тіл сильна, а далеко від них – слабша.
Можна захиститися від дії електричного поля металевим екраном.
Обговорення результатів.Учні у певній послідовності, що відповідає плану, коротко
(1–2 хв) розповідають про свої експерименти та дають відповіді на запитання, запропоновані у картці-завданні. Вчитель коментує, поправляє, доповнює (зразкові коментарі дано раніше за текстом). Назви експериментів учні записують у зошит для подальшого звіту у письмовій формі.
Використання статичної електрики та боротьба з ним.Ми експериментально вивчили явище накопичення електричних зарядів, тобто. Статистична електрика. Воно може служити людині:
у лікувальних цілях – використовується так званий статичний душ, який позитивно впливає на організм, для лікування органів дихання використовуються спеціальні електроаерозолі;
для очищення повітря від пилу, сажі, кислотних та лужних пар за допомогою електростатичних фільтрів;
для швидкого розмноження креслень, графіків, текстів у електрокопіювальних пристроях (зокрема ксероксах), для швидкого та міцного фарбування тканин у фарбувальнах;
для копчення риби на рибокомбінатах – у спеціальних електрокамерах, де рухається конвеєр із рибою, зарядженою позитивним зарядом, а електроди заряджені негативно. Копчення в такий спосіб відбувається у десятки разів швидше, ніж без електричного поля.
Статична електрика може завдавати шкоди як у виробництві, і у побуті, отже часто з нею доводиться боротися. Так, при терті повітря літак електризується, тому після посадки до нього не можна відразу ж приставляти металевий трап: може виникнути розряд, який викличе пожежу. Спочатку літак розряджають, навіщо опускають на землю металевий трос, з'єднаний з обшивкою літака, і розряд відбувається у землю. Мікророзряди виникають, коли людина ходить по підлозі, покритій полімерним покриттям, або знімає синтетичний одяг. Щоб нейтралізувати шкідливу дію статичної електрики:
– на виробництві заземлюють верстати та машини, зволожують повітря, використовують спеціальні нейтралізатори зарядів;
– будинки зволожують приміщення, використовують спеціальні добавки до води під час миття підлог, антистатик для одягу.
Домашнє завдання:написати звіт на цю тему, в якому зробити висновки з усіх експериментів, проведених на даному уроці ( назви всіх експериментів заздалегідь написані вчителем на дошці).
Література
Буров В.А., Іванов А.І., Свірідов В.І. Фронтальні експериментальні завдання фізики. 9-й клас. - М.: Просвітництво, 1986.
Буров В.А., Кабанов С.Ф., Свірідов В.І. Фронтальні експериментальні завдання з фізики у 6-7 класах. - М.: Просвітництво, 1981.
Горьов Л.А. Цікаві досліди з фізики. - М.: Просвітництво, 1985.
Книжка для читання з фізики. / Упоряд. І.Г.Киріллова. - М.: Просвітництво, 1986.
Луппов Г.Д. Молекулярна фізика та електродинаміка в опорних конспектах та тестах. - М.: Просвітництво, 1992.
Перишкін А.В., Батьківщина Н.А. Фізика-8. - М.: Просвітництво, 1993.
Цілі уроку:
освітні:
формування первісних уявлень про електричний заряд, про взаємодію заряджених тіл, про існування двох видів електричних зарядів.
з'ясування сутності процесу електризації тел.
визначення знак заряду наелектризованого тіла.
розвиваючі:
розвиток навичок виділяти електричні явища у природі та техніці.
ознайомлення із короткими історичними відомостями вивчення електричних зарядів.
виховні:
виховання вміння працювати у колективі,
виховання допитливості.
Обладнання:електроскоп, електрометри, гільза з фольги на підставці скляна та ебонітова палички, шматок хутра та щілина, поліетилен, папір, телевізор, відеомагнітофон.
План уроку
Організаційний момент.
Запис домашнього завдання: § 25, 26, 27. Заповнити таблицю.
Пояснення нового матеріалу:
Первинний контроль.
Закріплення вивченого матеріалу.
Підбиття підсумків. Виставлення оцінок.
Хід уроку
“Знайди всьому початок і ти багато зрозумієш”. (Козьма Прутков.)
1 учень: Уявіть собі таку сцену:
У Стародавній Греції, у красивому місті Мілет жив філософ Фалес. І, ось одного вечора до нього підходить його улюблена дочка. Поясни, чому в мене плутаються нитки, коли я працюю з бурштиновим веретеном, до пряжі прилипають пилюка, соломинки. Це дуже незручно.
Фалес бере веретено, потирає його та бачить маленькі іскорки.
2 учень: Правду кажуть: "Грім не вдарить - чоловік не перехреститься". А який же грім без блискавки? Скільки ж мільйонів разів має блиснути блискавка, щоб чоловік, перехрестившись, нарешті задумався: а що ж це таке?
Вчитель: Між натертим бурштиновим веретеном, що притягує предмети, і блискавкою, здавалося б нічого спільного. Адже все це - ЕЛЕКТРИЧНІ ЯВИЩА
Чому відбуваються ці явища? У чому суть цих явищ? Це ми маємо з'ясувати на сьогоднішньому та найближчих уроках.
У зошитах записуємо дату, класну роботу, тему уроку.
Електричні явища
Кожен із вас, до кінця уроку повинен навчитися пояснити, що таке електричний заряд та електризація, як взаємодіють одне з одним заряджені тіла, і як влаштований найпростіший прилад електроскоп.
Розглянемо спочатку походження терміна "електрика"
Історія розвитку електрики починається з Фалеса Мілетського. Спочатку, властивість притягувати дрібні предмети приписувалося лише бурштину (скам'яніла смола хвойних дерев). Від назви якого походить слово електрика, т.к. elektron-бурштин. (запис на дошці)
3 учень: Лише наприкінці XVI століття та на початку XVII століття згадали про це відкриття. Англійський лікар і дослідник природи Ульям Гільберт (1544-1603) з'ясував, що при терті можуть електризуватися багато речовин. Він був одним із перших учених, які затвердили досвід, експеримент як основу дослідження.
Наукове дослідження електричних явищ почалося у книзі Гільберта, якому належить і термін “електрика”. Гільберт ретельно досліджував безліч різних тіл і побудував для цієї мети спеціальний електричний покажчик, який він описує таким чином: "Зроби собі з будь-якого металу стрілку довжиною три або чотири дюйми, досить рухливу на своїй голці, на кшталт магнітного покажчика". За допомогою цього покажчика, прототипу сучасних електроскопів, Гільберт встановив, що здатністю притягати мають багато тіла, "не тільки створені природою, а й штучно приготовлені". Він показав, що при терті електризується не тільки бурштин, а й багато інших речовин: алмаз, сапфір, сургуч і що притягують вони не тільки соломинки, а й метали, дерево, листя, камінчики, грудки землі і навіть воду та олію. Проте він виявив, що багато тіл “не притягуються і не порушуються ніякими натираннями”. До них належить ряд дорогоцінного каміння і метали: "срібло, золото, мідь, залізо, а також будь-який магніт". Тіла, що виявляють здатність тяжіння, Гільберт назвав електричними, тіла, що не мають такої здатності, - неелектричними.
Вчитель: Якщо шматочок бурштину потерти об шерсть або скляну паличку - про папір чи шовк, то можна почути легкий тріск, у темряві іскорки, а сама паличка набуває здатності притягувати до себе дрібні предмети
Про тіло, яке після натирання притягує до себе інші тіла, кажуть, що воно наелектризоване або що йому повідомили електричний заряд.
Досвід 1. Давайте наелектризуємо гребінець об сухе волосся
Існують прилади за допомогою яких можна судити про наелектризованість тіл - електроскоп (електрон – спостерігаю)
Електроскоп називають фізичний прилад, який використовують для виявлення у тіла електричного заряду.
Електроскоп має циліндричний корпус, у який проходить металевий стрижень, ізольований від корпусу пластмасовою пробкою. На одному кінці стрижня знаходиться металева кулька, а на іншому? дві рухливі пелюстки.
При зіткненні зарядженого тіла з кулькою електроскопа, його пелюстки відхиляються на певний кут, що залежить від величини заряду, що більше заряд електроскопа, то більше вписувалося сила відштовхування листочків. Аналогічно влаштований електрометр, у ньому легка стрілочка відштовхується від стрижня.
Щоб розрядити електроскоп, можна просто доторкнутися до нього рукою. Можна це зробити, наприклад залізним або мідним дротом, але по скляній або ебонітовій паличці заряди не підуть у землю.
Електризація може відбуватися декількома способами:
1. СУЧИСНЕННЯМ
Електричними дослідами займався і Ньютон, який спостерігав електричний танець шматочків паперу, поміщених під склом, покладеним на металеве кільце. При натиранні скла папірці притягувалися до нього, потім відскакували, знову притягувалися і т.д. Ці досліди Ньютон проводив ще 1675 р.
2. УДАРОМ (гумовий шланг різко вдарити об масивний предмет і піднести до електроскопа)
3.ТРАННЯМ
Гільберт вказує, як проводиться електризація тертям: “Їх натирають тілами, які не псують їхню поверхню та наводять блиск, наприклад, жорстким шовком, грубим немарким сукном та сухою долонею. Труть так само бурштин про бурштин, про алмаз, про скло та багато іншого. Так обробляють електричні тіла”.
Тіла труть одне про одного, щоб збільшити площу їхнього дотику.
Досвід 2. Покладіть поліетиленову плівку на паперову смужку і сильно притисніть смужки рукою. Розведіть смужки та наблизьте їх один до одного.
Смужки ______________________.
Висновок: тіла можна наелектризувати ___ тертям ___________.
В електризації беруть участь завжди ____ два _______ тіла.
електризуються після поділу_____ обидва _____ тіла.
Ми зробили дуже важливий висновок:
Один із видів електризації – це тертя тіл.
При цьому беруть участь завжди два (або більше) тіла.
Електризуються обидва тіла.
Як ви помітили, в електризації завжди беруть участь два тіла: бурштин із хутром; скло з шовком і т.д. При цьому електризуються обидва тіла.
4 учень: Електризація спостерігається також при терті рідин про метали у процесі течії, а також розбризкування при ударі. Вперше електризація рідини при дробленні була помічена біля водоспадів у Швейцарії 1786 року. З 1913 року явище отримало назву балоелектричного ефекту.
Підкорювач Джомолунгми Н. Тенсінг в 1953 році в районі південного сідла цієї гірської вершини на висоті 7,9 км над рівнем моря при 30 0 С і сухому вітрі до 25 м/с спостерігав сильну електризацію обледенілих брезентових наметів, вставлених одна в одну. Простір між наметами був наповнений численними електричними іскрами. Рух лавин у горах у безмісячні ночі іноді супроводжується зеленувато-жовтим світінням, завдяки чому лавини стають видимими.
Усі наелектризовані тіла притягують себе інші тіла, наприклад листочки паперу. По тяжінню не можна відрізнити електричний заряд скляної палички, потертою шовком, від заряду отриманої від ебонітової палички, потертою хутро. Адже обидві електризовані палички притягують до себе шматочки паперу.
5 учень: Шарль Дюфе (1698-1739) встановив два роду електричних взаємодій: тяжіння та відштовхування. Спочатку він встановив, що "наелектризовані тіла притягують ненаелектризовані і зараз їх відштовхують, як тільки вони наелектризуються внаслідок сусідства або зіткнення з наелектризованими тілами". Надалі він відкрив "інший принцип, загальніший і більш чудовий, ніж попередні". "Цей принцип, - продовжує Дюфе, - полягає в тому, що існує електрика двох пологів, високою відмінною один від одного: один рід я називаю "скляною" електрикою, інший -"смоляним" ... Особливість цих двох пологів електрики: відштовхувати однорідне з ним і притягувати протилежне. Так, наприклад, тіло, електризоване скляною електрикою, відштовхує всі тіла зі скляною електрикою, і, навпаки, воно притягує тіла зі смоляною електрикою. Так само смоляне відштовхує смоляне і притягує скляне”.
Отже, електричний заряд? це міра властивостей заряджених тіл взаємодіяти одне з одним.
Які види взаємодії ви знаєте? (притягнення та відштовхування)
Умовно заряди назвали позитивним (на склі потертим об шовк) та негативним (на бурштині, ебоніті, сірці, гумі потертих вовну).
Позитивний заряд у фізиці позначається +q чи q
Негативний заряд - -q
6 учень: Уявлення про позитивне і негативне заряди, було введено в 1747 Франкліном. Ебонітова паличка від електризації про шерсть та хутро заряджається негативно, бо негативним назвав заряд, що утворюється на каучуковій паличці В.Франклін. А ебоніт це каучук із великою домішкою сірки. Заряд, що утворюється на скляній паличці, потертій об шовк, Франклін назвав позитивним. Але за часів Франкліна існував тільки натуральний шовк і натуральне хутро. Сьогодні часом важко відрізнити натуральний шовк і хутро від штучного. Навіть різні сорти паперу електризують ебоніт по-різному. Ебоніт набуває негативного заряду від зіткнення з вовною (хутром) і капроном, але позитивний від зіткнення з поліетиленом.
Вчитель: Давайте подивимося як взаємодіють заряджені тіла
Відеодемонстрація.
Отже, тіла, що мають електричні заряди одного знака, взаємно відштовхуються, а тіла, що мають заряди протилежного знака, притягуються взаємно. (Див. опорний конспект)
За здатністю проводити електричні заряди всі тіла поділяються на провідники та непровідники (діелектрики).
Відкрийте підручник на стор.62-63, знайдіть визначення провідників та діелектриків.
Провідники: метали, ґрунт, водні розчини або розплави електролітів.
Діелектрики: пластмаси, повітря, гази, скло, гума, шовк, фарфор, гас, капрон і т.д.
Які тіла називаються ізоляторами
Тіла, виготовлені з діелектриків, називаються - ізоляторами.
Первинний контроль:Зараз ми виконаємо невелике тестове завдання, яке перевірите самі одне в одного та одразу поставте оцінки. На виконання дається п'ять хвилин.
Варіант 1
1. Скло при терті об шовк заряджається:
позитивно
негативно.
2. Якщо наелектризоване тіло відштовхується від ебонітової палички, потертої об хутро, воно заряджено:
позитивно;
негативно.
3. Три пари легких кульок підвішені на нитках. Яка пара кульок не заряджена?
4. Яка пара кульок (див. той самий малюнок) має однойменні заряди?
5. Яка пара кульок (див. той самий малюнок) має різноіменні заряди?
Варіант 2.
1. При натиранні про хутро каучук електризується:
позитивно;
негативно.
2. Якщо заряджене тіло притягується до скляної палички, натертої об шовк, воно заряджене:
позитивно;
негативно.
3. Три пари легких кульок підвішені на нитках. Яка пара кульок має однойменні заряди?
4. Яка пара кульок має різноіменні заряди (див. той самий малюнок)?
5. Яка пара кульок не заряджена (див. той самий малюнок)?
Відповіді:
1 варіант АБАВБ
2 варіант ББАВБ
Закріплення:Послухайте прислів'я та дайте відповідь на запитання:
Про яке фізичне явище (поняття, закон) у ньому йдеться?
Який фізичний сенс прислів'я? Чи вірна вона з погляду фізики?
У чому життєвий сенс цього прислів'я?
ПОЛОВИЦЯ
Як соломинка та бурштин (перська)
Що шовкова стрічка, до стіни льне (російська)
ЯКІСНІ ЗАВДАННЯ
Які запобіжні заходи треба вжити, щоб при переливанні бензину з однієї цистерни в іншу він не спалахнув? (Під час перевезення і при переливанні бензин електризується, може виникнути іскра, і бензин спалахне. Щоб цього не сталося, обидві цистерни та трубопровід, що з'єднує їх, заземлюють).
Для заземлення цистерни бензовоза до неї прикріплюють сталевий ланцюг, нижній кінець якого декількома ланками стосується землі. Чому такого ланцюга немає залізничної цистерни? (Оскільки залізнична цистерна заземлена через колеса рейки)
Чи може одне і тело тіло, наприклад ебонітова паличка, при терті електризуватися то негативно, то позитивно? (Може, залежно від того, чим її натирають)
Якщо вийняти одну капронову панчоху з іншого і тримати кожен у руці на повітрі, то вони розширюються. Чому? (При терті панчохи електризуються. Одноіменні заряди відштовхуються. Тому поверхня панчохи роздмухується.)
Електричні заряди виконують так багато корисних справ, що їх не перерахувати.
Наприклад, копчення це просочування продукту деревним димом. Частинки диму не лише надають продуктам особливого смаку, але й оберігають їх від псування. При електрокопченні частки коптильного диму заряджають позитивно, а негативних електродів приєднують, наприклад, тушки риби. Заряджені частинки диму осідають на поверхні тушки та частково поглинаються. Весь процес електрокопчення триває кілька хвилин.
Підсумок уроку. Виставлення оцінок
Навіщо одягають каблучку золоту
На палець, коли заручаються двоє?
Мене цікава діва спитала.
Не ставши перед питанням на глухий кут,
Відповів я так співрозмовниці милою:
Володіє любов електричною силою,
А золото – провідник!
електризація тел.
2. Електризація тел.
Ці явища були виявлені ще в давнину. Давньогрецькі вчені зауважили, що бурштин (скам'яніла смола хвойних дерев, які росли на Землі багато сотень тисяч років тому) при натиранні його вовною починає притягувати до себе різні тіла. По-грецьки бурштин - електрон, звідси походить назва "електрика".
Про тіло, яке після натирання притягує до себе інші тіла, кажуть, що воно наелектризоване або повідомлено електричний заряд.
Електризуватися можуть тіла, виготовлені з різних речовин. Легко наелектризувати натиранням про вовну палички з гуми, сірки, ебоніту, пластмаси, капрону.
Електризація тіл відбувається при дотику та подальшому розділенні тіл. Труть тіла одне про одного лише для того, щоб збільшити площу їхнього дотику.
В електризації завжди беруть участь два тіла: у розглянутих вище дослідах скляна паличка стикалася з аркушем паперу, шматочок бурштину – з хутром або шерстю, паличка з плексигласу – з шовком. При цьому електризуються обидва тіла. Наприклад, при зіткненні скляної палички та шматка гуми електризуються і скло, і гума. Гума, як і скло, починає притягувати до себе легкі тіла.
Електричний заряд можна передати від тіла до іншого. Для цього потрібно торкнутися наелектризовані тілом іншого тіла, і тоді частина електричного заряду перейде на нього. Щоб переконатися, що й друге тіло наелектризовано, потрібно піднести до нього дрібні листочки паперу і подивитися, чи вони будуть притягуватися.
3. Два роди зарядів. Взаємодія заряджених тел.
Всі електризовані тіла притягують до себе інші тіла, наприклад, листочки паперу. По тяжінню тіл не можна відрізнити електричний заряд скляної палички, потертою об шовк, від заряду, отриманого на ебонітовій паличці, потерти про них. Адже обидві електризовані палички притягують листочки паперу.
Чи означає це, що заряди, отримані на тілах, виготовлених із різних речовин, нічим не відрізняються один від одного?
Звернемося до дослідів. Наелектризуємо ебонітову паличку, підвішену на нитці. Наблизимо до неї іншу таку ж паличку, наелектризовану тертям про той же шматочок хутра. Палички відштовхнутися Оскільки палички однакові і наелектризували їх тертям про те саме, можна сказати, що на них були заряди одного роду. Отже, тіла, мають заряди одного роду, взаємно відштовхуються.
Тепер піднесемо до наелектризованої ебонітової палички скляну паличку, потерту об шовк. Ми побачимо, що скляна та ебонітова палички взаємно притягуються (мал. 2). Отже, заряд, отриманий на склі, потертому про шовк, іншого роду, ніж на ебоніті, потертому про хутро. Отже, існує інший рід електричних зарядів.
Наближаємо до підвішеної наелектризованої ебонітової палички наелектризовані тіла з різних речовин: гуми, плексигласу, пластмаси, капрону. Ми побачимо, що в одних випадках ебонітова паличка відштовхується від тіл, піднесених до неї, а в інших притягується. Якщо ебонітова паличка відштовхнулася, отже, на тілі, піднесеному до неї, заряд такого ж роду, як і на ній. А заряд тих тіл, до яких ебонітова паличка притягнулася, подібний до заряду, отриманого на склі, потертому об шовк. Тому можна вважати, що існує лише два роди електричних зарядів.
Заряд, отриманий на склі потертому шовк (і на всіх тілах, де виходить заряд такого ж роду), назвали позитивним, а заряд, отриманий на бурштині (а також ебоніті, сірці, гумі), потертому шерсть назвали негативним, тобто .зарядам приписали знаки "+" і "-".
Отже, досліди показали, що є два роду електричних зарядів - позитивні і негативні заряди і що наэлектризованные тіла по-різному взаємодіють друг з одним.
Тіла, що мають електричні заряди однакового знака, взаємно відштовхуються, а тіла, що мають заряди протилежного знака, притягуються взаємно.
4. Електроскоп. Провідники та не провідники електрики.
Якщо тіла наелектризовані, всі вони притягуються одне до одного чи взаємно відштовхуються. По тяжінню чи відштовхуванню можна судити, повідомлено тілу електричний заряд. Тому і пристрій приладу, за допомогою якого з'ясовують, чи електризоване тіло, засноване на взаємодії заряджених тіл. Цей прилад називається електроскопом (від грецьк. слів електрон та скопео – спостерігати, виявляти).
В електроскопі через пластмасову пробку (рис.№3), вставлену в металеву оправу, пропущений металевий стрижень, на кінці якого укріплено два листочки з тонкого паперу. Оправа з обох боків закрита склом.
Чим більший заряд електроскопа, тим більше сила відштовхування листочків і тим більший кут вони розійдуться. Отже, зі зміни кута розбіжність листочків електроскопа можна судити, збільшився чи зменшився його заряд.
Якщо доторкнутися до зарядженого тіла (наприклад, електроскопа) рукою, воно розрядиться. Електричні заряди перейдуть на тіло і через нього можуть піти в землю. Розрідитись заряджене тіло і в тому випадку якщо з'єднати його із землею металевим предметом, наприклад залізним або мідним дротом. Але якщо заряджене тіло з'єднати із землею скляною або ебонітовою паличкою, то електричні заряди по них не підуть у землю. І тут заряджене тіло не розрядиться.
За здатністю проводити електричні заряди речовини умовно поділяються на провідники та непровідники електрики.
Усі метали, ґрунт, розчини солей та кислот у воді – добрі провідники електрики.
До непровідників електрики, або діелектриків, відносяться фарфор, ебоніт, скло, бурштин, гума, шовк, капрон, пластмаси, гас, повітря (гази).
Тіла, виготовлені з діелектриків, називаються ізоляторами (від грец. Слова ізоляро – усамітнювати).
5. Подільність електричного заряду. Електрон.
Зарядимо металеву кулю, прикріплену до стрижня електроскопа (рис. 4а). З'єднаємо цей шар з металевим провідником А, тримаючи його за ручку, виготовлену з діелектрика, з іншим точно такою ж, але незарядженою кулею, що знаходиться на другому електроскопі. Половина заряду перейде з першої кулі на другий (рис. 4б). Отже, початковий заряд розрядився на рівні частини.
Тепер роз'єднаємо кулі і торкнемося другої кулі рукою. Від цього він втратить заряд – розрядитися. Приєднаємо його знову до першої кулі, на якій залишилася половина початкового заряду. Заряд, що залишився, знову розділитися на дві рівні частини, і на першій кулі залишиться четверта частина початкового заряду.
Таким же чином можна отримати одну восьму, одну шістнадцяту частину заряду і т.д.
Таким чином, досвід показує, що електричний заряд може мати різне значення. Електричний заряд – фізична величина.
За одиницю електричного заряду прийнято один кулон (позначається 1 Кл). Одиниця названа так на честь французького фізика Ш. Кулон.
У досвіді зображеним малюнку №4, показано, що електричний заряд можна розділити на частини.
А чи існує приділ розподілу заряду?
Щоб відповісти на це питання, знадобилося виконувати більш складні і точні досліди, ніж описані вище, тому що заряд, що дуже швидко залишився на кулі електроскопа, ставати таким малим, що виявити його за допомогою електроскопа не вдається.
Для поділу заряду на дуже маленькі порції потрібно передавати його не кулям, а маленьким крупинкам металу чи крапелькам рідини. Вимірюючи заряд, отриманий таких маленьких тілах, встановили, що можна отримати порції заряду, в мільярди мільярдів разів менше, ніж у описаному досвіді. Однак у всіх дослідах розділити заряд далі за певне значення не вдавалося.
Це дозволило припустити, що електричний заряд має приділ ділимості або, точніше, що існують заряджена частка, яка має найменший заряд, далі вже не поділений.
Щоб довести, що існує приділ поділу електричного заряду, і встановити, який цей боковий вівтар, вчені проводили спеціальні досліди. Наприклад, радянський учений А. Ф. Іоффе поставив досвід, у якому електризували дрібні порошинки цинку, видимі лише під мікроскопом. Заряд порошин кілька разів змінювали, і щоразу вимірювали, на скільки змінився заряд. Досліди показали, що всі зміни заряду порошинки були в ціле число разів (тобто в 2, 3, 4, 5 і т. д.) більше деякого певного найменшого заряду, тобто заряд порошинки змінювався хоча і дуже малими, але цілими порціями. Так як заряд з порошинки йде разом з часткою речовини, то Іоффе зробив висновок, що в природі існує така частка речовини, яка має найменший заряд, далі вже не поділяється.
Цю частку назвали електрон.
Значення заряду електрона вперше визначив американський вчений Р. Міллікен. У своїх дослідах, подібних до дослідів А. Ф. Іоффе, він користувався дрібними крапельками олії.
Заряд електрона – негативний, дорівнює він – 1,610 Кл (0,000 000 000 000 000 000 16 Кл). Електричний заряд - одна з основних властивостей електрона. Цей заряд не можна зняти з електрона.
Маса електрона дорівнює 9,110 кг, вона у 3700 разів менша від маси молекули водню, найменшої з усіх молекул. Крильце мухи має масу, приблизно 510 більшу, ніж маса електрона.
6. Ядерна модель будови атома
Вивчення будови атома практично почалося в 1897-1898 рр.., Після того як була остаточно встановлена природа катодних променів як потоку електронів і були визначені величина заряду і маса електрона. Факт виділення електронів найрізноманітнішими речовинами приводив висновку, що електрони входять до складу всіх атомів. Але атом в цілому електрично нейтральний, отже, він повинен містити ще іншу складову частину, заряджену позитивно, причому її заряд повинен врівноважувати суму негативних зарядів електронів.
Ця позитивно заряджена частина атома було відкрито 1911 р. Ернестом Резерфордом (1871-1937). Резерфорд запропонував таку схему будови атома. У центрі атома знаходиться позитивно заряджене ядро, навколо якого по різних орбітах обертаються електрони. Відцентрова сила, що виникає при їх обертанні, врівноважується тяжінням між ядром і електронами, внаслідок чого вони залишаються на певних відстанях від ядра. Сумарний негативний заряд електронів чисельно дорівнює позитивному заряду ядра, отже атом у цілому електронейтральний. Так як маса електронів мізерно мала, то майже вся маса атома зосереджена у його ядрі. Навпаки, розмір ядер надзвичайно малий навіть проти розміром самих атомів: діаметр атома - величина близько 10 див, а діаметр ядра - близько 10 - 10 див. невелико, доводиться лише мізерна частина всього простору, зайнятого атомною системою (мал. 5)
7. Склад атомних ядер
Таким чином, відкриття Резерфорда започаткували ядерну теорію атома. З часів Резерфорда фізики дізналися ще багато подробиць про будову атомного ядра.
Найлегшим атомом є атом водню (Н). Оскільки майже вся маса атома зосереджена в ядрі, природно було б припустити, що ядро атома водню є елементарною частинкою позитивної електрики, названої протоном від грецького слова “протос”, що означає “перший”. Таким чином, протон має масу, практично рівну масі атома водню (точно 1,00728 вуглецевих одиниць) та електричним зарядом, рівним +1 (якщо за одиницю негативної електрики прийняти заряд електрона, рівний -1,602*10 Кл). Атоми інших, більш важких елементів містять ядра, що мають великий заряд і, очевидно, більшу масу.
Вимірювання заряду ядер атомів показали, що заряд ядра атома у зазначених умовних одиницях чисельно дорівнює атомному, чи порядковому номеру елемента. Однак неможливо було допустити, оскільки останні, будучи однойменно зарядженими, неминуче відштовхувалися б один від одного і, отже, такі ядра виявилися б нестійкими. До того ж маса атомних ядер виявилася більшою за сумарну масу протонів, що обумовлюють заряд ядер атомів відповідних елементів, у два рази і більше.
Тоді було зроблено припущення, що ядра атомів містять протони в числі, що перевищує атомний номер елемента, а надлишковий позитивний заряд ядра, що створюється таким чином, компенсується електронами, що входять до складу ядра. Ці електрони, очевидно, повинні утримувати в ядрі протони, що взаємно відштовхуються. Однак це припущення довелося відкинути, оскільки неможливо було допустити спільне існування у компактному ядрі важких (протонів) та легких (електронів) частинок.
У 1932 р. Дж. Чедвік відкрив елементарну частинку, що не має електричного заряду, у зв'язку з чим вона була названа нейтроном (від латинського слова neuter, що означає "ні той, ні інший"). Нейтрон має масу, що трохи перевищує масу протона (точно 1,008665 вуглецевих одиниць). Після відкриттям Д. Д. Іваненко, Є. М. Гапон і У. Гейзенберг, незалежно друг від друга, запропонували теорію складу атомних ядер, що стала загальноприйнятою.
Відповідно до цієї теорії, ядра атомів всіх елементів (за винятком водню) складаються з протонів та нейтронів. Число протонів у ядрі визначає значення його позитивного заряду, а сумарне число протонів та нейтронів – значення його маси. Ядерні частинки - протони і нейтрони - поєднуються під загальною назвою нуклони (від латинського слова nucleus, що означає "ядро"). Отже, число протонів у ядрі відповідає атомному номеру елемента, а загальне число нуклонів, оскільки маса атома переважно зосереджена у ядрі, - його масовому числу, тобто. округленою до цілого числа його атомної маси А. Тоді число нейтронів а ядрі N може бути знайдено по різниці між масовим числом і атомним номером:
Таким чином, протонно-нейтронна теорія дозволила вирішити суперечності, що виникли в уявленнях про склад атомних ядер і про його зв'язок з порядковим номером і атомною масою.
8. Ізотопи
Протонно-нейтронна теорія дозволила вирішити ще одне протиріччя, що виникло для формування теорії атома. Якщо визнати, що ядра атомів елементів складаються з певної кількості нуклонів, то атомні маси всіх елементів мають виражатися цілими числами. Для багатьох елементів це справді так, а незначні відхилення від цілих чисел можна пояснити недостатньою точністю виміру. Однак у деяких елементів значення атомних мас так сильно відхилялися від цілих чисел, що це вже не можна пояснити неточністю виміру та іншими випадковими причинами. Наприклад, атомна маса хлору (CL) дорівнює 35,45. Встановлено, що приблизно три чверті атомів хлору, що існують у природі, мають масу 35, а одна чверть - 37. Таким чином, існуючі в природі елементи складаються із суміші атомів, що мають різні маси, але, очевидно, однакові хімічні властивості, тобто існують різновиди атомів одного елемента з різними і до того цілими масами. Ф. Астону вдалося розділити такі суміші на складові частини, які були названі ізотопами (від грецьких слів "ізос" і "топос", що означає "однаковий" і "місце" (тут мається на увазі, що різні ізотопи одного елемента займають одне місце) у періодичній системі)). З погляду протонно-нейтронної теорії, ізотопами називаються різновиди елементів, ядра атомів яких містять різну кількість нейтронів, але однакову кількість протонів. Хімічна природа елемента обумовлена числом протонів в атомному ядрі, якому дорівнює число електронів в оболонці атома. Зміна числа нейтронів (при постійному числі протонів) не позначається на хімічних властивостях атома.
Усе це дозволяє сформулювати поняття хімічного елемента як виду атомів, що характеризуються певним зарядом ядра. Серед ізотопів різних елементів були знайдені такі, що містять в ядрі при різному числі протонів однакову загальну кількість нуклонів, тобто атоми яких мають однакову масу. Такі ізотопи були названі ізобарами (від грецького слова "барос", що означає "вага"). Різна хімічна природа ізобарів переконливо підтверджує те, що природа елемента обумовлюється не масою його атома.
Для різних ізотопів застосовуються назви та символи самих елементів із зазначенням масового числа, яке слідує за назвою елемента або позначається у вигляді індексу зверху ліворуч від символу, наприклад: хлор - 35 або Cl.
Різні ізотопи відрізняються один від одного стійкістю. 26 елементів мають лише по одному стійкому ізотопу - такі елементи називаються моноізотопними, (вони характеризуються переважно непарними атомними номерами), і атомні маси їх приблизно дорівнюють цілим числам. У 55 елементів є кілька стійких ізотопів - вони називаються полиизотопными (велике число ізотопів характерно переважно елементів з парними номерами). В інших елементів відомі лише нестійкі, радіоактивні ізотопи. Це все важкі елементи, починаючи з елемента №84 (полоній), а відносно легких - №43 (технецій) і №61 (прометій). Однак радіоактивні ізотопи деяких елементів відносно стійкі (характеризуються великим періодом напіврозпаду), і тому ці елементи, наприклад, торій, уран, зустрічаються в природі. У більшості ж радіоактивні ізотопи отримують штучно, у тому числі численні радіоактивні ізотопи стійких елементів.
9. Електронні оболонки атомів. Теорія Бору.
За теорією Резерфорда, кожен електрон обертається навколо ядра, причому сила тяжіння ядра врівноважується відцентрової силою, що виникає при обертанні електрона. Обертання електрона абсолютно аналогічне його швидким коливанням і має викликати випромінювання електромагнітних хвиль. Тому можна припустити, що електрон, що обертається, випромінює світло певної довжини хвилі, що залежить від частоти обігу електрона по орбіті. Але, випромінюючи світло, електрон втрачає частину своєї енергії, унаслідок чого порушується рівновага між ним та ядром. Для відновлення рівноваги електрон повинен поступово пересуватися ближче до ядра, причому так само поступово буде змінюватися частота обігу електрона і характер світла, що ним випромінюється. Зрештою, вичерпавши всю енергію, електрон повинен "впасти" на ядро, і випромінювання світла припиниться. Якби насправді відбувалася подібна безперервна зміна руху електрона, його "падіння" на ядро означало б руйнування атома та припинення його існування.
Таким чином, наочна та проста ядерна модель атома, запропонована Резерфордом, явно суперечила класичній електродинаміці. Система електронів, що обертаються навколо ядра, не може бути стійкою, оскільки електрон при такому обертанні повинен безперервно випромінювати енергію, що, у свою чергу, повинно привести до його падіння на ядро і до руйнування атома. Тим часом, атоми є стійкими системами.
Ці суттєві протиріччя частково вирішив видатний датський фізик Нільс Бор (1885 - 1962), який розробив у 1913 році теорію водневого атома, в основу якої він поклав особливі постулати, зв'язавши їх, з одного боку, із законами класичної механіки та, з іншого боку, квантовою теорією випромінювання енергії німецького фізика Макса Планка (1858 – 1947).
Сутність теорії квантів зводиться до того що, що енергія випромінюється і поглинається не безперервно, як приймалося раніше, а окремими малими, але цілком певними порціями - квантами енергії. Запас енергії випромінюючого тіла змінюється стрибками, квант за квантом; дрібне число квантів тіло неспроможна ні випускати, ні поглинати.
Величина кванта енергії залежить від частоти випромінювання: що більше частота випромінювання, то більше вписувалося величина кванта. Позначаючи квант енергії через Е, запишемо рівняння Планка:
де h - стала величина, так звана константа Планка, що дорівнює 6,626 * 10 Дж * с., а - частота хвилі Деброіля.
Кванти променистої енергії називаються також фотонами. Застосувавши квантові уявлення до обертання електронів навколо ядра, Бор поклав основою своєї теорії дуже сміливі припущення, чи постулати. Хоча ці постулати і суперечать законам класичної електродинаміки, але вони знаходять своє виправдання в тих разючих результатах, до яких приводять, і в тій цілковитій згоді, яка виявляється між теоретичними результатами та великою кількістю експериментальних фактів. Постулати Бору полягають у наступному:
Електрон може рухатися навколо не за будь-якими орбітами, а тільки за такими, що відповідають певним умовам, що випливають з теорії квантів. Ці орбіти отримали назву стійких, стаціонарних чи квантових орбіт. Коли електрон рухається однією з можливих йому стійких орбіт, він не випромінює електромагнітної енергії. Перехід електрона з віддаленої орбіти на найближчу супроводжується втратою енергії. Втрачена атомом при кожному переході енергія перетворюється на один квант променистої енергії. Частота випромінюваного у своїй світла визначається радіусами тих двох орбіт, між якими відбувається перехід електрона. Позначивши запас енергії атома при положенні електрона на віддаленішій від ядра орбіті через Ен, а на ближчій через Ек і розділивши втрачену атомом енергію Ен - Ек на постійну Планку, отримаємо шукану частоту:
= (Єн – Ек)/h
Чим більша відстань від орбіти, де перебуває електрон, до тієї, яку він переходить, тим більше частота випромінювання. Найпростішим із атомів є атом водню, навколо ядра якого обертається лише один електрон. Виходячи з наведених постулатів, Бор розрахував радіуси можливих орбіт для цього електрона і знайшов, що вони відносяться як квадрати натуральних чисел: 1: 2: 3: ...: n . Величина n одержала назву головного квантового числа.
Надалі теорія Бора була поширена і на атомну структуру інших елементів, хоча це було пов'язано з деякими труднощами через її новизну. Вона дозволила вирішити дуже важливе питання розташування електронів в атомах різних елементів і встановити залежність властивостей елементів від будови електронних оболонок їх атомів. В даний час розроблено схеми будови атомів усіх хімічних елементів. Однак треба мати на увазі, що всі ці схеми - це лише більш-менш достовірна гіпотеза, що дозволяє пояснити багато фізичних та хімічних властивостей елементів.
Як було сказано раніше, число електронів, що обертаються навколо ядра атома, відповідає порядковому номеру елемента в періодичній системі. Електрони розташовані на шарах, тобто. кожному шару належить певне заповнююче або як би насичує його число електронів. Електрони однієї й тієї ж шару характеризуються майже однаковим запасом енергії, тобто. знаходяться приблизно на однаковому енергетичному рівні. Вся оболонка атома розпадається на кілька енергетичних рівнів. Електрони кожного наступного шару знаходяться на вищому енергетичному рівні, ніж електрони попереднього шару. Найбільша кількість електронів N, які мають можливість перебувати на даному енергетичному рівні, дорівнює подвоєному квадрату номера шару:
де n – номер шару. Таким чином, на 1-2, на 2-8, на 3-18 і т.д. Крім того, встановлено, що число електронів у зовнішньому шарі для всіх елементів, крім паладію, не перевищує восьми, а в передостанньому - вісімнадцяти.
Електрони зовнішнього шару, як найвіддаленіші від ядра і, отже, найменш міцно пов'язані з ядром, можуть відриватися від атома і приєднуватися до інших атомів, входячи до складу зовнішнього шару останніх. Атоми, що втратили одного або декількох електронів, стають позитивно зарядженими, так як заряд ядра атома перевищує суму зарядів електронів, що залишилися. Навпаки, атоми, що приєднали електрони, стають негативно зарядженими. Заряджені частинки, що утворюються таким шляхом, якісно відмінні від відповідних атомів, називаються іонами. Багато іони у свою чергу можуть втрачати або приєднувати електрони, перетворюючись при цьому або на електронейтральні атоми, або на нові іони з іншим зарядом.
10.Ядерні сили.
Гіпотеза у тому, що атомні ядра складаються з протонів і нейтронів підтверджувалося багатьма експериментальними фактами. Це свідчило про справедливість потонно-нейтронної моделі будови ядра.
Але постало питання: чому ядра не розпадаються на окремі нуклони під дією сил електростатичного відштовхування між позитивно зарядженими протонами?
Розрахунки показують, що нуклони що неспроможні утримуватися разом рахунок сил тяжіння гравітаційної чи магнітної природи, оскільки ці сили значно менше електростатичних.
У пошуках відповіді питання стійкості атомних ядер вчені припустили, що з усіма нуклонами в ядрах діють якісь особливі сили тяжіння, які значно перевищують електростатичні сили відштовхування між протонами. Ці сили назвали ядерними.
Гіпотеза існування ядерних сил виявилася правильною. З'ясувалося також, що ядерні сили є короткодіючими: на відстані 10-15 м вони приблизно в 100 разів більше сил електростатичної взаємодії, але вже на відстані 10-14 м вони виявляються мізерно малими. Іншими словами, ядерні сили діють на відстанях, порівнянних із розмірами самих ядер.
11.Поділ ядер урану.
Поділ ядер урану під час бомбардування їх нейтронами було відкрито 1939 року німецькими вченими Отто Ганном і Фріцем Штрассманом.
Розглянемо механізм цього явища. На (рис №7, а) умовно зображено ядро атома урану (23592U). Поглинувши зайвий нейтрон, ядро збуджується та деформується, набуваючи витягнутої форми (рис №7,б).
Ми вже знаємо, що в ядрі діє два види сил: електростатичні сили відштовхування між протонами, які прагнуть розірвати ядро, та ядерні сили тяжіння між усіма нуклонами, завдяки яким ядро не розпадається. Але ядерні сили - короткодіючі, у витягнутому ядрі вони не можуть утримувати сильно віддалені друг від друга частини ядра. Під впливом електростатичних сил відштовхування ядро розривається на частини (рис№7,в), які розлітаються у різні боки з великою швидкістю і випромінюють у своїй 2-3 нейтрона.
Виходить, що частина внутрішньої енергії ядра переходить в кінетичну енергію осколків і частинок, що розлітаються. Осколки швидко гальмують у навколишньому середовищі, внаслідок чого їхня кінетична енергія перетворюється на внутрішню енергію середовища (тобто в енергію взаємодії теплового руху складових її частинок).
При одночасному розподілі великої кількості ядер урану внутрішня енергія навколишнього уран середовища та відповідно її температура помітно зростають (тобто середовище нагрівається).
Таким чином, реакція поділу ядер урану йде з виділенням енергії у навколишнє середовище.
Енергія, що у ядрах атомів, колосальна. Наприклад, при повному розподілі всіх ядер, що є в 1 г урану, виділилося б стільки ж енергії, скільки виділяється при згорянні 2,5 т нафти.
12. Атомні електростанції.
атомна електростанція (АЕС) - електростанція, у якій атомна (ядерна) енергія перетворюється на електричну. Генератором енергії на АЕС є атомний реактор. Тепло, що виділяється в реакторі в результаті ланцюгової реакції поділу ядер деяких важких елементів, потім так само, як і на звичайних теплових електростанціях (ТЕС), перетворюється на електроенергію, на відміну від ТЕС, що працюють на органічному паливі, АЕС працює на ядерному паливі ( в основі 233U, 235U, 239Pu) При розподілі 1 г ізотопів урану або плутонію вивільняється 22500 квт * год, що еквівалентно енергії, що міститься в 2800 кг умовного палива. Перша у світі АЕС дослідно-промислового призначення потужністю 5 МВт була пущена до СРСР 27 червня 1954 р. в м. Обнінську. До цього енергія атомного ядра використовувалася у військових цілях. Пуск першої АЕС ознаменував відкриття нового напряму в енергетиці, який отримав визнання на 1-й Міжнародній науково-технічній конференції з мирного використання атомної енергії (серпень 1955, Женева).
Принципова схема АЕС з ядерним реактором, що має водяне охолодження (рис. №6.). Тепло, що виділяється в активній зоні реактора, теплоносієм вбирається водою (теплоносієм) 1-г контуру, яка прокачується через реактор циркуляційним насосом. . Вода 2-го контуру випаровується в парогенераторі, і утворюється пара надходить у турбіну 4.
Найчастіше на АЕС застосовують 4 типи реакторів на теплових нейтронах 1) водо-водяні зі звичайною водою як сповільнювач і теплоносій; 2) графіто-водні з водяним теплоносієм та графітовим сповільнювачем; 3) важководні з водяним теплоносієм та важкою водою як сповільнювач 4) графіто-газові з газовим теплоносієм та графітовим уповільнювачем.
Залежно від виду та агрегатного стану теплоносія створюється той чи інший термодинамічний цикл АЕС. Вибір верхньої температурної межі термодинамічного циклу визначається максимально допустимою температурою оболонок тепловиділяючих елементів (ТВЕЛ), що містять ядерне пальне, допустимої температури власне ядерного пального, а також властивостями теплоносія, прийнятого для даного типу реактора. на АЕС. тепловий реактор якої охолоджується водою, зазвичай користуються низькотемпературними паровими циклами. Реактори з газовим теплоносієм дозволяють застосовувати відносно більш економічні цикли водяної пари з підвищеними початковими тиском і темп-рою. Теплова схема АЕС у цих двох випадках виконується 2-контурною: у 1-му контурі циркулює теплоносій, 2-й контур - пароводяний. При реакторах з киплячим водяним або високотемпературним газовим теплоносієм можлива одноконтурна теплова АЕС. У киплячих реакторах вода кипить в активній зоні, отримана пароводяна суміш сепарується, і насичена пара прямує або безпосередньо в турбіну, або попередньо повертається в активну зону для перегріву.
У високотемпературних графіто-газових реакторах можливе застосування традиційного газотурбінного циклу. Реактор у разі виконує роль камери згоряння.
При роботі реактора концентрація ізотопів, що діляться, в ядерному паливі поступово зменшується, і паливо вигоряє. Тому згодом їх замінюють свіжими. Ядерне пальне перезавантажують за допомогою механізмів та пристроїв з дистанційним керуванням. Паливо, що відпрацювало, переносять у басейн витримки, а потім направляють на переробку.
До реактора і систем, що його обслуговують, відносяться: власне реактор з біологічним захистом, теплообмінники, насоси або газодувні установки, що здійснюють циркуляцію теплоносія; трубопроводи та арматура циркуляції контуру; пристрої для перезавантаження ядерного пального; системи спец. вентиляції, аварійного розхолодження та ін.
Залежно від конструктивного виконання реактори мають відрізнити особливості: в корпусних реакторах паливо і сповільнювач розташовані всередині корпусу, що несе повний тиск теплоносія; в канальних реакторах паливо, що охолоджуються теплоносієм, встановлюються у спец. трубах-каналах, що пронизують сповільнювач, укладений у тонкостінний кожух. Для запобігання персоналу АЕС від радіаційного опромінення реактор оточують біологічним захистом, основним матеріалом для якого є бетон, вода, серпантиновий пісок. Обладнання реакторного контуру має бути повністю герметичним. Передбачається система контролю місць можливого витоку теплоносія, вживають заходів, щоб поява не щільностей та розривів контуру не призводила до радіоактивних викидів та забруднення приміщень АЕС та навколишньої місцевості. Обладнання реакторного контуру зазвичай встановлюють у герметичних боксах, які відокремлені від інших приміщень АЕС біологічним захистом і при роботі реактора не обслуговуються, Радіоактивне повітря і невелика кількість пар теплоносія, обумовлене наявністю протікання з контуру, видаляють з необслуговуваних приміщень АЕС спец. системою вентиляції, в якій для уникнення можливості забруднення атмосфери передбачені очисні фільтри та газгольдери витримки. За виконанням правил радіаційної безпеки персоналом АЕС слідкує служба дозиметричного контролю.
При аваріях у системі охолодження реактора для виключення перегріву та порушення герметичності оболонок ТВЕЛів передбачають швидке (протягом кількох секунд) глушення ядерної реакції; аварійна система охолодження має автономні джерела живлення.
Наявність біологічного захисту, систем спец. вентиляції та аварійного розхолодження та служби дозиметричного контролю дозволяє повністю убезпечити обслуговуючий персонал АЕС від шкідливих впливів радіоактивного опромінення.
Обладнання машинного залу АЕС аналогічне до обладнання машинного залу ТЕС. Відзначить, особливість більшості АЕС - використання пари порівняно низьких параметрів, насиченої або слабко перегрітої.
При цьому для виключення ерозійного пошкодження лопаток останніх ступенів турбіни частинками вологи, що міститься в пару, в турбіні встановлюють пристрої, що сепарують. Іноді необхідно застосування виносних сепараторів та проміжних перегрівачів пари. У зв'язку з тим, що теплоносій і домішки, що містяться в ньому, при проходженні через активну зону реактора активуються, конструктивне рішення обладнання машинного залу і системи охолодження конденсатора турбіни одноконтурних АЕС має повністю виключати можливість витоку теплоносія. На двоконтурних АЕС із високими параметрами пари подібні вимоги до обладнання машинного залу не пред'являються.
Частина теплової потужності реактора цієї АЕС витрачається на теплопостачання. Поряд із виробленням електроенергії АЕС використовуються також для опріснення морської води. АЕС, що є найсучаснішим видом електростанцій, мають ряд істотних переваг перед іншими видами електростанцій: за нормальних умов функціонування вони абсолютно не забруднюють навколишнє середовище, не вимагають прив'язки до джерела сировини і відповідно можуть бути розміщені практично скрізь, нові енергоблоки мають потужність практично рівну потужності середньої ГЕС Проте коефіцієнт використання встановленої потужності на АЕС (80%) значно перевищує цей показник у ГЕС або ТЕС. Про економічність та ефективність атомних електростанцій може говорити той факт, що з 1 кг урану можна отримати стільки ж теплоти, скільки при спалюванні приблизно 3000 т кам'яного вугілля.
Значних недоліків АЕС за нормальних умов функціонування практично немає. Однак не можна не помітити небезпеку АЕС за можливих форс-мажорних обставин: землетрусів, ураганів тощо - тут старі моделі енергоблоків становлять потенційну небезпеку радіаційного зараження територій через неконтрольоване перегрівання реактора.
13. Висновок
Докладно вивчивши явище електризації і будову атома, я дізнався, що атом складається з ядра і негативно заряджених електронів, що знаходяться навколо нього. Ядро складається з позитивно заряджених протонів і не має заряду нейтронів. При електризації тіла на тілі, що електризується, виникає або надлишок, або нестача електронів. Це визначає заряд тіла. Існує лише два роди електричних зарядів - позитивні та негативні заряди. В результаті виконаної мною роботи я глибоко познайомився з явищами електростатики та розібрався, як і чому відбуваються ці явища. Наприклад, блискавка. Явище електростатики тісно пов'язане із будовою атома. Атоми таких речовин як уран, радій та ін. мають радіоактивність, Енергія атома має величезне значення для життя всього людства. Наприклад, енергія, укладена в одному грамі урану, дорівнює енергії, що виділяється при згорянні 2.5 тонн нафти. Нині радіоактивна енергія атомів знайшла своє застосування у багатьох сферах життя. З кожним роком будують дедалі більше АЕС (атомних електростанцій), розвивається виробництво криголамів та підводних човнів з атомним реактором. Енергія атома застосовується в медицині для лікування різних захворювань, а також у багатьох галузях народного господарства. Неправильне використання енергії може становити небезпеку здоров'ю живих організмів. Енергія атомів може принести людям користь у тому випадку, якщо вони навчаться правильно використовувати її.
Електризація тілаМакроскопічні тіла, як правило, електрично... завданням. 1 версія. При електризації телважливий тісний контакт між ними... має призводити до заряджання тіла. Ще один спосіб електризації тел- вплив на...