Два роду зарядів і як вони виходять. І. С. Стекольников Блискавка та грім. ІІІ. Вивчення нового матеріалу

Назад вперед

Увага! Попередній перегляд слайдів використовується виключно для ознайомлення та може не давати уявлення про всі можливості презентації. Якщо вас зацікавила ця робота, будь ласка, завантажте повну версію.

Цілі уроку:

Освітні

• познайомити учнів із новим фізичним явищем електризації тіл та її особливостями;
• довести існування двох типів зарядів та пояснити їхню взаємодію;
• розкрити значення електризації для життєдіяльності людини

Розвиваючі

• продовжити формування умінь висувати гіпотезу та перевіряти (або спростовувати) її експериментально;
• розвивати вміння аналізувати, робити висновки, узагальнювати;
• удосконалювати навичку самоосвітньої діяльності.

Виховні

• розвивати комунікативні здібності, вміння працювати у групі;
• особисті якості учнів: організованість, увага, акуратність.

Здоров'язберігаючі

• створення комфортного психологічного клімату під час уроку;
• атмосфери співробітництва: учень-вчитель, учитель-учень, учень-учень.

Тип уроку:уроки вивчення нового матеріалу.

Форма організації навчальної діяльності учнів:колективна, робота у групі, індивідуальна за партою та біля дошки.

Обладнання:комп'ютер, екран, обладнання фізичного експерименту, дидактичні матеріали.

План уроку:

1. Організаційний етап.
2. Актуалізація знань, виведення теми та мети уроку через пошук відповіді на проблемне питання та аналіз матеріалів слайдів.
3. Вивчення нового матеріалу з використанням фронтального та демонстраційного експериментів; через висування гіпотези та її експериментальний доказ, роботу з додатковим (історичним) матеріалом та виступом учня на тему: «Шкода та користь електризації».
4. Фізмінутка.
5. Закріплення матеріалу. Фронтальний експеримент. Робота у групах. Дослідницька діяльність. Виконання тесту.
6. Підсумок уроку. Домашнє завдання. Рефлексія.

Хід уроку

I. Організаційний етап.

(Самооцінка готовності до уроку.)

ІІ. Актуалізація знань, виведення мети уроку.

Діти, ми закінчили з вами вивчення великого розділу «Теплові явища».

Сьогодні ми починаємо вивчати новий великий розділ.

Ану відгадайте, про що ми говоритимемо в цьому розділі?

Воно несе нам світло, тепло
Комп'ютер, відео включає
Комфортно з ним, але без нього
Зручності миттю зникають.

Відповідь: електрика.

Слова «електрика» та «електричний струм» знайомі зараз кожній людині. І тема, до вивчення якої ми починаємо дуже важлива. А як ви вважаєте, чому? (Електричний струм використовується в наших будинках, на транспорті, на заводах, фабриках, у сільському господарстві тощо. І в природі є електрика: блискавки, полярні сяйва, електричні риби та багато інших явищ).

Слайди 1-4.

Щоб зрозуміти, що є електричний струм, електрика, треба ознайомитися спочатку з великим колом явищ, званих електричними. Глава III і називається «Електричні явища».

Сьогодні на уроці ми вивчимо два питання із цього розділу: «Електризація тіл. Два роди зарядів».

Запишіть тему уроку у зошит.

Давайте визначимо ціль нашого уроку, які питання ми розглянемо на уроці? (Що таке електризація? Які властивості вона має? Які заряди існують у природі? Користь чи шкода приносить явище електризації?)

Слайд 5.

ІІІ. Вивчення нового матеріалу.

Наш урок відбувається напередодні Нового року. А в Новий рік відбувається багато чудес.

Сьогодні на уроці у мене теж є помічник для здійснення чудес - це паличка, звичайна, з ебоніту (звертаю увагу дітей на запис на дошці: ебоніт-це каучук з домішкою сірки). Я спробую з її допомогою здійснити чудо. Спробую щось дістати з цієї гарної коробочки.

Не виходить. Що ж робити? (Сказати заклинання)

Спробую. Кріблі-Краблі-Бумс! Знову не виходить.

А згадайте, що робив Алладін, коли діставав із лампи джина? (натирав лампу)

Спробую і я натерти свою паличку об вовняну ганчірочку.

Вийшло. А паличка, виявляється, чарівна. Після натирання вона почала притягувати дрібні листочки паперу, шерстинки, пушинки і навіть тонкий струмок води.

а) Фронтальний експеримент.У вас на столах, хлопці, є пластмасова лінійка та аркуш паперу. Перевірте, може, лінійка теж чарівна? (натирають лінійку об аркуш паперу)

Так, до лінійки після натирання прилипають легені предмети.

Отже, яку цікаву властивість тіл ми побачили у проведених дослідах?

(тіло після натирання притягує інші тіла)

Це "диво", яке ми з вами спостерігали, має назву - "електризація".

А про тіло, яке після натирання притягує до себе інші тіла, фізики кажуть, що воно наелектризоване або що йому повідомлено електричний заряд.

Ці властивості тіл були помічені ще в давнину, в VI століття до н. е.

Послухаймо легенду. Слайд 6

Дочка грецького філософа Фалеса Мілетського пряла шерсть бурштиновим веретеном. Якось, упустивши веретено у воду, дівчина почала обтирати його краєм свого вовняного хітона і помітила, що до веретена пристало кілька шерстинок. Думаючи, що вони прилипли до веретена, тому що воно все ще волого, вона почала витирати його ще сильніше. І що ж? Шерстинок налипало тим більше, чим сильніше натиралося веретено. Дівчина звернулася по роз'яснення цього явища до батька. Фалес зрозумів, що причина в речовині, з якої зроблено веретено, він накупив різних бурштинових виробів і переконався, що всі вони, натерті вовняною матерією, притягують легкі предмети, подібно до того, як магніт притягує залізо.

«Янтар» по-грецьки – електрон, звідси і походять слова «електрика», «електричні явища», «електризація» (звертаю увагу дітей на запис на дошці: бурштин-це смола, що скам'яніла, хвойних дерев, що жили мільйони років тому; показую намисто з бурштину).

Спробуємо сформулювати, що таке електризація?

Електризація – це процес повідомлення тілу електричного заряду. Слайд 7

Скільки ж тіл беруть участь у процесі електризації? (в електризації беруть участь два тіла)

У мене в руках інша чарівна паличка – скляна. Я підношу її до шматочків паперу, нічого не спостерігаємо. Натираю її вже об шовк, знову підношу до шматочків паперу, шерстинок і ми бачимо, що вони притягуються до палички. Що ми можемо сказати про паличку? (Вона наелектризована або їй повідомлено ел. заряд).

Про одне з тіл ми можемо сказати, що воно електризоване, чи можна й про інше сказати, що воно електризоване? Висувається гіпотеза. Як перевірити гіпотезу? ( Демонстраційний експеримент)

Висновок: електризуються обидва тіла.

Запишіть усі висновки у зошит.

б) Два роди зарядів Слайд 8.

У 1733 році французький ботанік і фізик Шарль Дюффе відкрив два види зарядів - заряди, отримані в результаті тертя двох смолистих речовин (він їх назвав "смолястим електрикою") і заряди, отримані при терті скла та слюди ("скляна електрика"). А американський фізик та політичний діяч Бенжамін Франклін у 1778 році замінив термін «скляну електрику» на «позитивну», «смоляну» на «негативну». Ці терміни і прижилися у науці.

Позитивний заряд позначають знаком "+", негативний знаком "-".

Слайд 9.

Скло, потерте об шовк, заряджається позитивним зарядом – «+»

Ебоніт, потертий вовну, заряджається негативним зарядом – «-»

На дошці та в зошитах малюємо схему:

Досліджуємо, як поводяться тіла, заряджені різними зарядами; однаковими зарядами.

Досліди із султанами.

1. Тіла, що мають заряди одного роду, взаємно відштовхуються.

2. Тіла, що мають різного роду заряди, взаємно притягуються.

Запишіть висновки у зошит.

IV. Фізхвилинка.

Посуваємося трохи (утворимо пари).

Ви заряди позитивні. Зобразіть їхню взаємодію.

Одні з вас позитивний заряд, інший негативний. Зобразіть їхню взаємодію.

Ви заряди негативні. Зобразіть їхню взаємодію. Слайд 10.

Виступ учня на тему: «Електризація корисна та шкідлива» Додаток 1Слайди 11-12.

V. Закріплення

а) Фронтальний експеримент.

1. У вас на столі лежать дві смужки з поліетилену та дві смужки з паперу. Покладіть на смужку із поліетилену смужку із поліетилену. Погладьте їх тильною стороною долоні. Спробуйте розвести їх, а потім повільно зближуйте. Що ви спостерігаєте? (відштовхування) Як зарядилися смужки?

А тепер покладіть на смужку з паперу смужку із поліетилену. Погладьте їх тильною стороною долоні. Спробуйте розвести їх, а потім повільно зближуйте. Що ви спостерігаєте? (Притягнення). Як зарядилися смужки?

б) Дослідницька робота.

Виконуючи роботу, складіть план проведення експерименту щодо визначення знака заряду, проговоріть один одному порядок своїх дій.

1-ша група.Визначте знак заряду, який отримується на пластмасовій лінійці, потертій об сухий аркуш паперу. Необхідні пристрої визначте самі.

2-я група.Маючи у своєму розпорядженні пластмасову гребінець, ебонітову паличку, султан, суконку визначте знак заряду, що отримується на гребінці під час розчісування волосся.

3-я група.Підвішений до штатива на шовковій нитці метелик заряджений, але невідомо який знак його заряду. Як, маючи у своєму розпорядженні скляну паличку та шматок шовку, визначити знак заряду на метелику?

в) тест(виконується на подвійному листі, між листами вставлено копіювальний папір; верхній лист здається, нижній залишається у учня для перевірки та самооцінки виконаної роботи)

1. Як взаємодіють заряджена паличка та паперова гільза у разі аі у випадку б?

1. Який знак заряду має ліву кулю у разі аі у випадку б?

1. Чи правильно зображені взаємодії заряджених тіл?

1. Паперові гільзи, що висять поруч, наелектризували. Після цього вони розташувалися так, як показано на малюнку. Однакові чи різні заряди отримали гільзи?

Слайд 13

VI. Підсумок уроку. Домашнє завдання. Рефлексія.

(електризуємо повітряні кульки-смайлики та прикріплюємо їх на стіну над дошкою; діти виходять до дошки та ставлять плюс під обраним смайликом.)

§25, 26. Вивчити записи зошити.

Завдання на вибір:

1. Запишіть приклади електризації, з якими ви зустрінетеся вдома.
2. Проведіть експеримент із електризації з наявними вдома предметами.
3. Проведіть дослідницьку роботу на тему «Електризація тіл» за планом:
   1. Мета дослідження.
   2. Устаткування.
   3. Хід дослідження.
   4. Висновки.

Результати роботи можна подати у вигляді презентації, опису чи фотографій тощо.

Інтернет ресурси:

1. shi51.ucoz.ru/index/elektrizaciya_tel_8/0-58
2. wiki.edc.samara.ru/index.php/

Електрика, одержуване шляхом тертя у тому чи іншому тілі, виявляється за своїми властивостями неоднаковим.

Зробимо наступний досвід. За допомогою шовкової ниточки підвісимо на стійці легку пробкову або бузинову кульку і потім, наелектризувавши ебонітову паличку тертям про хутро або сукно, піднесемо її до пробкової кульки. При цьому станеться наступне: кулька спочатку швидко притягнеться до ебонітовій паличці (мал. 2), але, як тільки торкнеться її, відразу ж відштовхнеться і займе положення, показане на рис. 3. Якщо до цієї зарядженої кульки піднести скляну паличку, наелектризовану тертям про шовкову матерію або шкіру, то кулька притягнеться до неї.

Мал. 2. Притягання пробкової кульки до наелектризованої палички

Мал. 3. Відштовхування пробкової кульки, що отримала заряд від наелектризованої палички

Візьмемо тепер дві кульки, підвішені до двох стійк на шовкових ниточках, і торкнемося кожної з них наелектризованою скляною паличкою.

Наближаючи після цього обидві кульки одна до одної, зауважимо, що вони прагнутимуть відштовхнутися і займуть положення, показане на рис. 4. Те саме станеться, якщо обидві кульки будуть заряджені наелектризованою ебонітовою паличкою.

Мал. 4. Кульки з однойменними зарядами відштовхуються

Цілком інші властивості будуть виявлені, якщо першу з двох кульок зарядити, доторкнувшись до нього наелектризованою скляною паличкою, а іншу кульку наелектризувати ебонітовою паличкою. Кульки будуть притягуватися одна до одної (рис. 5).

Мал. 5. Кульки з різноіменними зарядами притягуються

Проведені досліди показують, що необхідно розрізняти два електричні стани тіл, або, як кажуть, два роди електрики:

1) електрика, одержуване на склі при терті його про шовкову матерію або шкіру, яке умовилися називати позитивною електрикою;

2) електрика, одержуване на ебоніті при терті його про хутро або вовняну матерію, яке домовилися називати негативною електрикою.

Позитивну електрику прийнято позначати знаком плюс (+), а негативне знаком мінус (-).

Тіла, наелектризовані однойменною електрикою, байдуже — позитивною чи негативною, одне від одного відштовхуються (рис. 4). Тіла ж, наелектризовані різноіменною електрикою, притягуються одне до одного (рис. 5).

При цьому необхідно мати на увазі, що тяжіння або відштовхування наелектризованих кульок буде тим сильнішим, чим менша відстань між ними і чим більший за величиною заряд, повідомлений кожному з кульок.

Слід також пам'ятати, що якщо ми, натираючи скляну паличку шовком, отримуємо на скляній паличці позитивну електрику, то, у свою чергу, на шовку ми отримуємо в такій кількості негативну електрику. І, навпаки, при терті ебоніту про хутро на ебоніті ми отримуємо негативну електрику, а саме хутро електризується позитивно.

Дві з половиною тисячі років тому грецький вчений Фалес із міста Мілета помітив, що якщо бурштин (жовту смолу, що вживалася для прикраси) натерти хутром, він може притягувати легкі предмети - наприклад, волокна чи соломинки. Грецькою бурштин називався електроном. Від цього слова й одержала свою назву електрика.

Потім було виявлено, що такі ж властивості, як бурштин, набувають і деякі інші предмети, наприклад скло, ебоніт (речовина, з якого роблять гребінки, грамофонні пластинки і т. д.), якщо їх натерти вовною, шовком або хутром. Тоді кажуть, що ці предмети наелектризовані.

Ебонітову гребінку можна наелектризувати, розчісуючи нею волосся. Той, хто бачив, як у темряві розчісує чисто промите і сухе волосся гребінкою, помічав блакитні іскорки і чув їх тріск.

Одна з перших машин, яку людина збудувала для отримання електрики (це було наприкінці 17 століття), складалася зі скляної кулі, що обертається на залізній осі. Коли натирали сукном кулю, що обертається, а потім торкалися до неї рукою, то між кулею і рукою в темряві було видно світло і чувся тріск. При швидкому обертанні кулі спостерігалися слабкі іскорки. Здається спочатку дивним, що ці маленькі слабенькі іскри та їх легкий тріск мають таке ж походження, що і величезна сліпуча блискавка і грім, що її супроводжує. Але це саме так. Вже 200 років тому вчені остаточно встановили, що блискавка – це електрична іскра.

Вперше це довів у 1752 році знаменитий американський вчений та громадський діяч Веніамін Франклін.

Влітку 1752 року у американському місті Філадельфія можна було спостерігати дивну картину. Двоє дорослих людей, що забралися під навіс (старшому на вигляд було років 45, інший був зовсім юнак) запускали шовковий змій. Це були Франклін та його син. До кінця шнурка змія, прикріпленого шовковою стрічкою до стовпа, батько із сином прив'язали масивний залізний ключ від садової хвіртки (рис. 1). Тільки сина присвятив батько в таємницю своїх дослідів, побоюючись, у разі їхньої невдачі, уїдливих глузувань. Він тривожно стояв у змія, чекаючи на результати досвіду, як вироку своїм багаторічним дослідженням.

Мал. 1. Франклін із сином запускають змія. (Зі старовинної картини.)

Ось насунулася хмара і пройшла повз. Ніяких результатів, жодних слідів електрики… І раптом волокна шнурка натяглися, як це бувало при дослідах з електрикою, що проводили вчений у лабораторії. Франклін швидко підніс палець до ключа і ... струс, який він отримав від сильної електричної іскри, що проскочила при цьому, здалося йому приємним з відчуттів.

Адже він досяг того, чого так пристрасно і вперто бажав! Його відкриття порушило весь вчений світ того часу. Бліда іскра, що видала тихий тріск, пролунала громом на весь світ, довівши, що блискавка - це електричний розряд. Франклін як би скинув блискавку на землю, відібравши її у таємничих «неземних сил».

У тому ж 1752 великий російський учений Михайло Васильович Ломоносов, відгукуючись на відкриття Франкліна, так описував подібність між іскрою, одержуваної від натертого сукном скляної кулі, і грозовими розрядами - блискавками:

«Повертаючись Скляна куля дає удари з блиском,
З громовим подібним виблиском і тріском.
Дивувався подібність розум, але, бачачи трохи сил,
До літа минулого сумнівний у тому був.
Несподівано чудний слух по всіх країнах тече,
Що від громових стріл небезпеки вже нема!
Що та ж сила хмар гримлячих морок наводить,
Яка від Скло рухом виходить,
Що знаючи правила, вишукані Склом,
Ми можемо відвернути від храмин наших грім...»

2. Два роди електрики

Виробляючи різні досліди над електрикою, люди з'ясували його основні властивості. Насамперед вони відкрили, що існує два роди електрики. Одне виходить при натиранні хутром скла, дорогоцінного каміння та деяких інших матеріалів - цей рід електрики назвали скляним. Інший рід електрики виходить натирання бурштину, смоли та ряду інших речовин - цю електрику назвали смоляною. Тепер для скляної та смоляної електрики прийняті в науці інші назви. Електрика першого роду (скляна) називається позитивною, а другого роду (смоляна) - негативною. У науці прийнято позитивну електрику позначати знаком « + », а негативне знаком « – ». Такі позначення і будуть використовуватися на малюнках цієї книги.

Електрика одного роду відштовхує від себе електрику того ж роду і притягує електрику іншого роду. Це важлива властивість електрики. Ось якими простими дослідами можна його перевірити.

На вбитий у стіну цвях надягнемо чисту суху скляну трубочку, а до кінця її підвісимо на шовковій нитці шматочок пробки (мал. 2, зліва). Натріть скляну паличку хутром або щільним папером. Тоді на склі з'явиться позитивна (скляна) електрика. Доторкнемося потім цією паличкою до пробки. При цьому частина електрики перейде з палички на корок. Тепер на пробці та на кінці скляної палички буде знаходитись електрика одного й того ж роду (позитивна), і пробка відскочить від палички.

Мал. 2. Досліди з електрикою. Зліва: зарядившись від натертої палички, пробка відштовхується від неї. Праворуч нагорі: заряджені натертою скляною паличкою дві пробки відштовхнуться одна від одної. Справа внизу: якщо один корок зарядити від скляної, а іншу - від смоляної палички, то вони притягнуться один до одного.

Підвісимо тепер на скляну трубку дві шовковинки із пробками. Якщо до обох пробок доторкнутися натертою скляною паличкою, то вони отримають однакову, позитивну електрику (або, як кажуть, «зарядяться» позитивною електрикою) і відштовхнуться одна від одної (рис. 2, праворуч нагорі). Те саме відбудеться, якщо зарядити обидві пробки негативною електрикою від натертої смоляної палички. Таким чином, два однакові електрики відштовхуються один від одного.

Якщо ж одну пробку зарядити натертою скляною паличкою, а іншу – натертою смоляною, то обидві пробки виявляться зарядженими електриками різного роду і притягнуться одна до іншої (рис. 2, праворуч внизу).

Таким чином, два різного роду електрики притягуються одна до одної.

3. Прилад спостереження дії електрики - електроскоп

Щоб дізнатися, чи заряджено якийсь предмет електрикою, користуються простим приладом, який називається електроскопом. Електроскоп заснований на тій властивості електрики, про яку щойно говорилося - на властивості двох предметів, заряджених електрикою однакового роду, відштовхуватися один від одного.

Цей прилад зображено на рис. 3 (ліворуч). Він складається зі скляної банки, закритою пробкою, якою проходить металевий стрижень. На тому кінці стрижня, який знаходиться всередині банки, укріплені два тонкі довгасті металеві листочки, а на зовнішньому кінці знаходиться металева кулька. Якщо до кульки доторкнутися скляною паличкою, зарядженою електрикою, це скляна електрика перейде стрижнем на листочки. Обидва листочки виявляться зарядженими електрикою однакового роду (позитивним), і тому вони відштовхнуться один від одного і приймуть похилий стан. Це показано на рис. 3 (праворуч).

Мал. 3. Листочки електроскопа (праворуч) розсунулися - отже він заряджений електрикою.

Якщо ще раз натерти скляну паличку і знову доторкнутися нею до кульки, листочки електроскопа розійдуться ще більше. Це відбувається тому, що ми зарядили електроскоп двічі або, як то кажуть, підвели до нього подвійну кількість електрики. Чим більше електрики ми маємо, тим більше помітно вона поводиться. У маленькій іскрі від гребінки є дуже трохи електрики - і ми бачимо слабке світло і чуємо тихий тріск. При блискавці утворюється дуже велика кількість електрики, і тому ми бачимо іскри величезної довжини і чуємо оглушливий грім.

4. Електричний розряд

Зробимо тепер такий досвід. Зарядимо електроскоп електрикою одного роду, наприклад – позитивною (скляною). Листочки електроскопа розійдуться (рис. 4, ліворуч).

Тепер піднесемо до цього електроскопа натерту смоляну паличку і, таким чином, підведемо до нього деяку нову порцію електрики, але вже іншого - негативного (смоляного). Здавалося б, листочки повинні розійтися ще більше. Але виявляється, відбувається протилежне явище: листочки зійдуться і вільно повиснуть так, ніби ніякої електрики в електроскопі немає (рис. 4, праворуч). Дві однакові кількості електрики різного роду знищують один одного; при їх з'єднанні ні тієї, ні іншої електрики не залишається.

Мал. 4. Два різного роду електрики знищують один одного.

Це явище називають електричним розрядом - кажуть, що два тіла, що містили позитивну та негативну електрику, розрядилися.

Позитивна та негативна електрики завжди прагнуть притягнутися один до одного і розрядити тіло, на якому вони знаходилися. Якщо тіла, заряджені різними електриками, знаходяться близько один від одного, але не з'єднані, то розряд може відбутися і через повітря - тоді між обома тілами проскакує іскра і лунає короткий сухий тріск. Чим сильніше тіла були заряджені електрикою, тим яскравіше іскра і сильніший тріск.

У лабораторіях вчені можуть зарядити електрикою металеві кулі так сильно, що утворюється блискуча іскра до 10 метрів завдовжки і лунає оглушливий удар.

Будь-яка електрична іскра походить від з'єднання між собою позитивної та негативної електрики, тобто від електричного розряду.

5. Провідники та ізолятори

Усі речовини, предмети, тіла можна поділити на дві групи - провідники електрики та електричні ізолятори.

Чим відрізняються провідники від ізоляторів?

Щоб відповісти на це питання, зробимо наступний досвід із електроскопом. Візьмемо два електроскопи і поставимо їх поряд на столі. Один із електроскопів зарядимо електрикою, а інший залишимо незарядженим (рис. 5, зверху). Доторкнемося тепер до обох кульок одразу мідною паличкою. Ми побачимо, що кут між листочками зарядженого електроскопа трохи зменшиться, а листочки незарядженого електроскопа розсунуться (рис. 5, ліворуч). Це відбувається тому, що частина електрики з одного електроскопа пішла мідною паличкою до іншого. Мідь – провідник електрики.

Мал. 5. По провіднику електрика переходить від одного електроскопа до іншого, а ізолятором перейти не може.

Зробимо тепер знову такий самий досвід, але цього разу з'єднаємо кульки обох електроскопів паличкою, зробленою з порцеляни (рис. 5, праворуч). Листочки електроскопа залишаться в колишньому становищі: з ними нічого не станеться. Через порцеляну електрику не змогло перейти від одного електроскопа до іншого. Порцеляна не проводить електрики. Він є ізолятором.

Провідниками електрики є, насамперед, метали (мідь, залізо та інші), вода та земля. Людське тіло також належить до провідників. Прикладами електричних ізоляторів є порцеляна, скло, гума, повітря.

Провідники і носять свою назву від того, що вони проводять електрику, тобто пропускають її через себе, а ізолятори не проводять – не пропускають через себе електрику.

Основну частину електричних пристроїв складають провідники, що переносять електрику в певне місце, та ізолятори, які не дають електриці йти в неналежні для нього місця. Кожен, хто бачив телефонну лінію чи лінію передачі електричної енергії (рис. 6), помічав, що дроти, які є передачі електрики, натягнуті на порцелянових чи скляних ізоляторах. Проводи (лінія передачі) несуть електрику від електричної станції (де воно виробляється машинами) до фабрик, заводів, МТС та житла. Великі порцелянові ізолятори підтримують дроти та забезпечують передачу ними електрики. Ізолятори потрібні саме для того, щоб не допустити відходу електрики з дротів через стовпи в землю, захистити, або, як то кажуть, «ізолювати» його від землі.

Мал. 6. Лінія передачі електроенергії.

Поточна у проводах електрика утворює електричний струм. Чим більше електрики протікає в одну секунду через провід, тим більший струм тече по ньому.

6. Що таке електрику?

Для відповіді на питання – що ж є електрикою? - Треба знати, з чого складаються різні тіла природи. Це вивчається наукою, що називається фізикою.

Вчені-фізики встановили, що кожне тіло, тверде, рідке або газоподібне складається з окремих дуже дрібних частинок, званих атомами. Атом, у свою чергу, складається з декількох ще дрібніших частинок, заряджених електрикою. У середині атома розташована його основна частина – ядро ​​атома. Це ядро ​​заряджене позитивною електрикою. Навколо ядра обертаються частинки речовини, які називаються електронами. Електрон заряджений негативною електрикою.

У звичайному стані атом містить однакову кількість позитивної та негативної електрики і тому він не виявляє своїх електричних властивостей.

Однак, якщо якимось чином розбити атом на частини - відокремити від нього один або кілька електронів, то частина буде мати більше позитивної електрики, ніж негативного. Тоді такий неповний атом проявить себе як позитивно заряджене тіло: він намагатиметься притягнути з навколишнього середовища електрони, які йому бракують. Електрони, що відірвалися від атома, будуть проявляти властивості негативної електрики.

Цей відрив і відбувається, наприклад, при натиранні скла хутром або цупким папером; його можна отримувати та іншими способами. Електричний струм у дроті і є рухом електронів. Кількість електронів, т. е. кількість електрики, що проходить через 1 квадратний сантиметр поперечного перерізу провідника, називається силою струму.

Сила струму в електротехніці вимірюється одиницею, яка називається ампером.

Через електричну лампочку, що горить у кімнаті і має середню яскравість, протікає струм, що вимірюється 1/3 – 1/2 ампера. У лініях передачі електричної енергії протікають струми, які вимірюються сотнями і тисячами ампер, а в блискавці струм доходить до 200 000 ампер!

7. Отримання електрики через вплив

Тепер, коли ми знаємо, що атоми кожного тіла складаються з частинок, що містять як позитивну, так і негативну електрику, ми можемо пояснити важливе явище – одержання електрики через вплив. Це допоможе нам зрозуміти, як утворюється блискавка.

Зробимо наступний досвід. Піднесемо до кульки електроскопа паличку, заряджену електрикою якогось роду, наприклад - позитивною, але не торкатися паличкою до кульки, залишивши між ними маленький просвіт (рис. 7, зліва). Листочки електроскопа розійдуться, хоча електрика з палички на кульку не могла перейти: повітря не є провідником. Це сталося з наступної причини. Позитивна електрика на паличці буде притягувати до себе негативну електрику, що є на кульці, стрижні та листочках електроскопа, і відштовхуватиме від себе позитивну електрику на цих же провідниках. Негативна електрика збереться ближче до палички – на поверхні кульки, а позитивна – далі, на листочках. А обидва листочки, на яких виявилася електрика одного й того ж роду (позитивна), розійдуться.

Мал. 7. Отримання електрики через вплив.

Але таке розташування обох електриків на електроскопі – неміцне. Варто нам видалити паличку від кульки, і листочки знову спадуть: обидва роди електрики, притягуючись один до одного, знову рівномірно розподіляться у всіх частинах електроскопа, і він перестане виявляти свої електричні властивості.

Опустимо тепер так. Знову піднесемо до кульки електроскопа паличку, заряджену позитивною електрикою, залишивши просвіт. Листочки розійдуться. Потім, не несучи палички, торкнемося іншою рукою до кульки. Кут між листочками трохи зменшиться, але зовсім листочки не спадуть (рис. 7, посередині). Тепер віднесемо паличку і заберемо руку. Листочки залишаться в колишньому положенні - електроскоп буде заряджений (рис. 7, праворуч).

Чому це сталось? Звідки вийшла електрика електроскопом? Адже ми зарядженою паличкою до кульки не торкалися.

Коли ми доторкнулися рукою до кульки електроскопа, то позитивна електрика на ній, яка прагнула відштовхнутися від палички, пішла провідниками - нашою рукою і нашим тілом - і пішла в землю. А негативна електрика, що притягується паличкою, залишилася на електроскопі і розподілилася по всій його провідній частині, на кульці, стрижні та листочках. На частку листочків дісталося вже менше електрики, і кут між ними зменшився. Коли ми після цього забрали паличку, то нічого не змінилося, і електроскоп залишився зарядженим негативною електрикою.

Такий спосіб отримання електрики називається одержанням електрики «через вплив». Тут електрика не переходить від одного тіла до іншого, а виходить від впливу тіла, зарядженого електрикою іншого.

Ми побачимо в наступному розділі, що саме таке отримання електрики через вплив і буде причиною блискавки.

Розказаних тут відомостей достатньо, щоб зрозуміти, як утворюється блискавка, які дії вона робить і як захиститися від неї. Цьому й присвячені такі розділи нашої книжки.

Мета роботи: знайомство з історією розвитку електротехніки, з творчим шляхом найвидатніших учених, які зробили внесок у вивчення електричних та магнітних явищ, виявлення їх закономірностей, створення електротехнічних пристроїв.

Завершення роботи

7. Відкриття явища

3. Розвиток електростатики електростатичної індукції. Вивчення процесів електризації

8. Дослідження взаємодії

4. Винахід лейденської банки заряджених тіл. Відкриття закону Кулону

Перші спостереження магнітних та електричних явищ відносяться до глибокої давнини. Про таємничі здібності магніту притягувати залізні предмети згадується у старовинних літописах і легендах, що дійшли до нас з Азії (Індії та Китаю), Стародавньої Греції та Риму.

Дуже образне пояснення властивостей магніту дано у знаменитій поемі «Про природу речей» римського поета Лукреція (99-55 рр. е.), написаної понад 2 тис. років тому вони.

З давніх сказань і літописів, що відносяться до другого тисячоліття до н.е., ми дізнаємося про багато цікавих фактів практичного використання магніту. Стародавні індійці використовували магніт для вилучення залізних наконечників стріл із тіл поранених воїнів. У китайських літописах розповідається про чарівні магнітні ворота, крізь які не могла пройти людина, яка сховала металеву зброю. Під час розкопок городища ольмеків (Центральна Америка) знайдено скульптури тритисячолітньої давності, висічені з магнітних брил.

У Китаї у другому тисячолітті до н. вже застосовувалися перші компаси різних конструкцій. В одному з музеїв зберігається китайський компас тисячолітньої давнини, що нагадує ложку.

Природно, що давні вчені та

дослідники природи замислювалися над причиною Китайський компас загадкових властивостей магніту. Платон, наприклад,

пояснював їх божественним походженням.

Перші спостереження магнітних та електричних явищ

З ім'ям одного з давніх мудреців - Фалеса(640-550 рр. до н.е.) пов'язані перекази, що дійшли до нас.

о властивості натертого бурштину притягувати легкі тіла. На його думку, в бурштині як і в магніті є душа, яка є першопричиною тяжіння.

Вироби з бурштину, блискучі і красиві, широко використовувалися стародавніми людьми для прикраси, тому цілком імовірно, що багато хто міг помітити, що натертий бурштин притягує легкі соломинки, шматочки тканин та ін.

Греки називали бурштин "електрон". Від цього багато століть і сталося слово «електрика». Відомо, що в одному з давньогрецьких творів описувався камінь (мабуть, дорогоцінний), який, подібно до бурштину, електризувався при терті. Але про електризацію інших тіл стародавні греки, мабуть, не знали.

І ще одне цікаве явище не залишилося непоміченим стародавніми народами, що жили на узбережжі Середземного моря та в басейні р. К. Ніл. Йдеться про «електричні» риби - схили та соми. Греки їх називали «нарке», що означає «паралізуючий». При зіткненні з цими рибами, які мають електричні органи, людина зазнавала сильних ударів. Відомо, що у I столітті н.е. римські лікарі використовували електричний скат для лікування подагри, головного болю та інших хвороб.

І, звичайно, стародавні народи спостерігали грізні гуркіт грому і яскраві спалахи блискавок, які вселяли їм природний страх, але жодному з мудреців тих часів не могла спасти на думку про те, що і тяжіння натертого бурштину, і удари електричних риб, і явища грози. в атмосфері мають ту саму природу.

Занепад античної культури помітно позначився і вивчення електричних і магнітних явищ. З численних джерел випливає, що майже до 1600 р. був зроблено жодного відкриття у сфері електричних явищ, а області магнетизму лише описані методи використання мореплавцями компаса (арабами в IX, а європейцями в XI в.).

У XIII ст. вченим вдалося встановити низку властивостей магніту: існування різноїменних полюсів та їх взаємодію; поширення магнітної дії через різні тіла (папір, дерево та ін); були описані способи виготовлення магнітних стрілок, а французький вчений П'єр Перегрін (1541-1616 рр.) уперше забезпечив компас градуйованою шкалою.

У XIII-XIV ст. капітани-католики користувалися компасом таємно, побоюючись потрапити на багаття інквізиції, яка бачила в компасі диявольський інструмент, створений чаклунами.

Протягом багатьох століть магнітні явища пояснювали дією особливої ​​магнітної рідини, і як це буде показано далі лише видатний французький фізик A.M. Ампер у 20-х роках ХІХ ст. вперше пояснив електричну природу магнетизму.

Експериментальні дослідження У. Гільберта

Значний перелом в уявленнях про електричні та магнітні явища настав на самому початку XVII ст., коли побачив світ фундаментальну наукову працю видного англійського вченого (лікаря англійської королеви Єлизавети) Вільяма Гільберта(1554--1603 рр.) «Про магніт, магнітні тіла і про великому магніті - Землі» (1600 р.). Будучи послідовником експериментального методу в природознавстві, У. Гільберт провів понад 600 майстерних дослідів, які, як він писав, відкрили таємниці «прихованих причин різних явищ».

На відміну багатьох своїх попередників У. Гільберт вважав, що магнітна стрілка рухається під впливом магнетизму Землі, що є великим магнітом. Свої висновки він ґрунтував на оригінальному експерименті, вперше їм здійсненому. Він виготовив з магнітного залізняку невелику кулю – «маленьку Землю – терелу» і довів, що магнітна стрілка приймає по відношенню до поверхні цієї «терели» такі ж положення, які вона приймає в полі земного магнетизму. Він встановив можливість намагнічування заліза у вигляді земного магнетизму.

Досліджуючи магнетизм, У. Гільберт зайнявся також вивченням електричних явищ. Він довів, що електричними властивостями володіє не тільки бурштин, а й багато інших тіл: алмаз, сірка, смола, гірський кришталь

Електризуються при їх натиранні. Ці тіла він назвав «електричними» відповідно до грецької назви бурштину (електрон). Але У. Гільберт безуспішно намагався наелектризувати метали, не ізолюючи їх, і тому дійшов помилкового висновку про неможливість електризації металів тертям. Цей висновок У. Гільберта було переконливо спростовано через два століття видатним російським електротехніком академіком Василем Володимировичем Петровим.

У. Гільберт правильно встановив, що «ступінь електричної сили» буває різною, і волога знижує електризацію тіл при натиранні. Порівнюючи магнітні та електричні явища, У. Гільберт стверджував, що вони мають різну природу: наприклад, «електрична сила» походить тільки від тертя, тоді як магнітна постійно впливає на залізо; магніт піднімає тіла значної тяжкості, електрика – лише легкі тіла. Цей хибний висновок У. Гільберта протримався у науці понад 200 років.

Уявлення про те, що електричні явища обумовлені присутністю особливої ​​"електричної рідини", аналогічної "теплотвору" і "світлотвору". були характерні для науки того періоду, коли механічні погляди на багато явищ природи були панівними.

Фундаментальна праця В, Гільберта витримала протягом XVII ст. кількох видань, він був настільною книгою багатьох дослідників природи в різних країнах Європи і відіграв величезну роль у розвитку вчення про електрику і магнетизм. Великий Г. Галілей писав про твори У. Гільберта: «Я віддаю найбільшу похвалу і заздрю ​​цьому автору».

Електростатична машина О. Геріке

Одним із перших, хто, познайомившись із книгою В. Гільберта, вирішив отримати сильніші прояви електричних сил, був магдебурзький бургомістр Отто фон Геріке (1602-1686 рр.).

У 1650 р. він виготовив кулю із сірки розміром з дитячу голову, насадив її на залізну вісь, укріплену на дерев'яному штативі. За допомогою ручки куля могла обертатися і натиралася долонями рук або шматком сукна, що притискається до кулі рукою. Це була перша найпростіша електростатична машина.

О. Геріке вдалося помітити слабке світіння кулі, що електризується, в темряві і, що особливо важливо, вперше виявити, що пушинки, що притягуються кулею, через деякий час відштовхуються від нього. Це ні О. Герике. ні багато його сучасники довго не могли пояснити.

Німецький вчений Г.В.Лейбніц (1646-1716 рр.), користуючись машиною О. Геріке, спостерігав електричну іскру - це перша згадка про це загадкове явище.

Удосконалення електростатичних машин

Протягом першої половини XVII ст. електростатична машина зазнала ряд удосконалень: сірчана куля була замінена скляною (оскільки скло інтенсивніше електризувалося), а пізніше замість куль або циліндрів (які важче було виготовити, і при нагріванні вони нерідко вибухали) стали застосовувати скляні диски. Для натирання використовувалися шкіряні подушечки, що притискаються до скла пружинками; Пізніше посилення електризації подушечки стали покривати амальгамой.

Важливим новим елементом конструкції машини став кондуктор (1744) - металева трубка, підвішена на нитках шовкових, а пізніше встановлюється на ізольованих опорах. Кондуктор служив резервуаром для збирання електричних зарядів, утворених під час тертя. Після винаходу лейденської банки її також встановлювали поряд із машиною.

Електростатична машина. Кінець XVIII ст. Невідомий майстер.

Інструментальна палата Санкт-Петербурзької академії наук

Виявлено два роди електрики та встановлені закони їх взаємодії. Виявлено провідникові та ізоляційні властивості матеріалів.

Досліди щодо передачі електричного заряду. Відкриття електропровідності

Значним кроком у вивченні властивостей електричних набоїв були дослідження члена англійського Королівського товариства Стефана Грея (1670-1736 рр.) та члена Паризької академії наук Шарля Франсуа Дюфе(1698-1736 рр.).

В результаті численних експериментів С. Грею вдалося встановити, що електрична здатність скляної трубки притягати легкі тіла може бути передана іншим тілам, і він показав (1729 р.), що тіла залежно від їхнього ставлення до електрики можна розділити на дві групи: наприклад, металева нитка, дріт) та непровідники (наприклад, шовкова нитка).

Продовжуючи досліди С. Грея, Ш.Ф. Дюфе (1733 р.) виявив два роду електричних зарядів - «скляні» і «смоляні» та їх особливість відштовхувати однойменні та притягувати протилежні заряди.

Дюфе також створив прототип електроскопа у вигляді двох підвішених і які розходяться при електризації

До кінця 30-х років XVIII ст. були успішно застосовані як провідники: лляна нитка (Геріке, 1663), прядив'яна мотузка, непросушене дерево, металевий дріт (Грей, 1729), вологий кетгут (Дезагюльє,

1738); як непровідники: шовк (Вілер у досвіді, поставленому Греєм, 1729), кінський волосся (Грей, 1729), скло і сургуч (Дюфе, 1733). Довжина електричних ліній сягала кількох сотень метрів.

О. Герике, проводячи досліди з електростатичною машиною, виявив, що сірчана куля, що потирається руками, передає свою здатність притягувати легкі тіла лляній нитці довжиною в лікоть, кінець якої, зачеплений за ціпок, знаходиться біля самої кулі; тяжіння спостерігалося не більше дюйма від нижнього кінця нитки.

Користуючись скляною трубкою (чи паличкою), Стівен Грей повторив досвід Геріке. У 1729 р. Грей виявив ряд тіл, яким трубка може повідомляти «електричну силу». Це - дерев'яні стрижні та дріт (залізний та латунний), які Грей вставляв у трубку (через пробку), прядивна мотузка, яку він прив'язував до трубки або заштовхував до неї. Максимальна довжина кімнатної електропередачі по мотузці або дроту, що звисали з трубки, не перевищувала 1 м, а максимальна довжина горизонтальної кімнатної електропередачі по зістикуваних дерев'яних провідників становила не більше 5,5 м, включаючи довжину трубки. Повідомлення тілам «електричної сили» Грей перевіряв за допомогою пушинки, яка могла притягатися до тіла, відштовхуватися від нього, парити

в повітрі.

Грей вирішив спробувати передати електрику по горизонталі щоб з'ясувати питання, як далеко можна передавати електрику. Для цього він підвісив мотузку на цвяхах, вбитих у дерев'яну балку на однаковій висоті. Досвід не вийшов. Грей зробив правильний висновок, що електрика пішла у балку.

Подолати скруту вдалося завдяки блискучій ідеї Уїлера, разом з яким Грей експериментував влітку 1729 р. Священик Гренвілл Уілер (пом. 1770) запропонував підтримати лінію передачі (line of communication, за Греєм) шовковим шнуром, а не підвішувати її на цвяхах. . Перший досвід перевершив усі очікування. Електрика була передана лінією довжиною близько 25 м. Замінивши шовковий шнур металевим дротом, Грей знову отримав негативний результат.

Грей «...показав, що електрику можна передавати, не торкаючись лінії передачі трубкою, лише тримаючи трубку біля лінії», т. е., за пізнішою термінології, з допомогою електростатичної індукції.

Грей зробив ще одне дуже важливе відкриття, значення якого було зрозуміло пізніше. Всі знали, що якщо доторкнутися ізольованим металевим циліндриком до наелектризованої скляної палички, то на циліндр також перейде електрика. Однак виявилося, що можна наелектризувати циліндрик, і не торкаючись скляної палички, а лише наблизивши її до неї. Поки циліндрик буде знаходитись поблизу наелектризованої палички, на ньому виявляється електрика.

Опубліковані досліди Грея викликали інтерес у французького фізика Шарля Франсуа Дюфе (1698-1739) і спонукали його взятися за експерименти в галузі вивчення електрики. Досвіди з першим електричним маятником, тобто. з дерев'яною кулькою, підвішеною на тонкій шовковій нитці (рис. 5.2), проведені близько 1730, показали, що така кулька притягується натертою паличкою сургуча. Але тільки варто торкнутися її, як кулька негайно відштовхується від сургучної палички, ніби уникаючи її. Якщо тепер піднести до кульки скляну трубку, потерту об амальгамовану шкіру, то кулька притягатиметься до скляної трубки і відштовхуватиметься від сургучної палички. Ця відмінність, вперше відзначена Шарлем Дюфе, привела його до відкриття, що наелектризовані тіла притягують ненаелектризовані, і щойно останні за допомогою дотику наелектризуються, вони починають відштовхуватися один від одного. Він встановлює наявність двох протилежних пологів електрики, які називає скляною та смоляною електрикою. Він ще зауважує, що перше виявляється на склі, дорогоцінному камінні, волоссі, вовні і т.д., у той час як друге виникає на бурштині, смолі, шовку і т.д. Подальші дослідження показали, що це тіла електризуються або як скло, потерте об шкіру, або як смола, потерта про хутро. Отже, є два види електричних зарядів, причому заряди однорідні відштовхуються один від одного, а різнорідні притягуються. Сили взаємодії електричних

зарядів, що виявляються у тяжінні чи відштовхуванні, називаються електричними. Тобто електричні сили утворюються електричними зарядами і діють на заряджені тіла чи частинки.

Надлишок зарядів якогось одного виду в даному тілі називається величиною його заряду, або, інакше, кількістю електрики (q).

Шарль Дюфе був першим ученим, який витягав електричні іскри з наелектризованого людського тіла, що знаходився на ізольованій підставці. Цей досвід у той час був настільки новим і оригінальним, що абат Жан Нолле (1700-1770), який теж займався вивченням електричних явищ, був жахливий, коли вперше його побачив.

Дуже вдале позначення двох пологів електрики, яке утрималося до нашого часу, дав видатний американський фізик Бенджамін Франклін.

«Смоляна» електрика була названа Франкліном негативною, а «скляна» – позитивною. Ці назви він вибрав тому, що «смоляна» та «скляна» електрики, подібно до позитивної та негативної величин, взаємно знищуються.

Явища електризації пояснюються особливостями будови атомів та молекул різних речовин. Адже всі тіла збудовані з атомів. Кожен атом складається з позитивно зарядженого атомного ядра і рухомих навколо нього негативно заряджених частинок - електронів. Атомні ядра різних хімічних елементів не однакові, а відрізняються величиною заряду та масою. Електрони все цілком тотожні, проте їх кількість і розташування у різних атомах різні.

Щоб отримати уявлення про величину заряду в 1 Кл, розрахуємо силу взаємодії двох зарядів по одному кулону кожен, поміщених у вакуумі на відстані 1 м один від одного. Скориставшись формулою закону Кулона, отримуємо, що F = 9 · 109 Н, або приблизно 900000 тонн. Таким чином, 1 Кл дуже великий заряд. Насправді такі заряди не зустрічаються.

З їх допомогою Кулон визначив, що дві маленькі наелектризовані кульки надають один на одного в напрямку лінії їх з'єднання в залежності від того, наелектризовані вони однойменно або різноіменно, що притягає або відштовхує силу взаємодії F , рівну добутку точкових електричних зарядів (відповідно q 1 і q 2), поділеному на квадрат відстані r між ними. Тобто

Шарль Огюстен де Кулон (1736–1806) – французький фізик та інженер – для вимірювання сили магнітного та електричного тяжіння сконструював крутильні ваги.

При нормальному стані атома позитивний заряд його ядра дорівнює загальному негативному заряду електронів цього атома, тому будь-який атом у нормальному стані електрично нейтральний. Але під впливом зовнішніх впливів атоми можуть втрачати частину своїх електронів, тоді як заряд їх ядер у своїй залишається незмінним. І тут атоми заряджаються позитивно і називаються позитивними іонами. Атоми можуть приєднувати до себе додаткові електрони і заряджатися при цьому негативно. Такі атоми називаються негативними іонами.

Закон, за яким два наелектризовані тіла діють один на одного, був уперше сформульований у 1785 р. Шарлем Кулоном у досвіді з приладом, названим ним крутильними вагами (рис. 5.3).

F = (q 1 · q 2 )/4 π ε а r 2 ,

де ε а - абсолютна діелектрична проникність середовища, в якому знаходяться заряди; r – відстань між зарядами.

Цей висновок отримав назву закону Кулона. Згодом ім'ям Кулона було названо одиницюкількості електрики

У системі СІ за одиницю кількості електрики приймається один кулон (1 Кл) – заряд, що протікає через поперечний переріз провідника за секунду при силі струму до одного ампер.